Livro Refrigeracao Castro

REFRIGERAÇÃO COMERCIAL E CLIMATIZAÇÃO INDUSTRIAL

JOSÉ DE CASTRO • Desde 2009 é professor do colegiado de engenharia mecânica da UNIVASF (Universidade Federal Do Vale Do São Francisco) • Doutorando em engenharia agrícola (Área: máquinas agrícolas/refrigeração) – UNICAMP • Mestre em engenharia mecânica (Área: Sistemas Térmicos) – UFPE (2008) • Engenheiro de produção mecânica – UNIBAHIA (2003) • Técnico em refrigeração e ar condicionado – CEFET-PE (1994) • Experiência de 15 anos (indústrias, SENAI, manutenção industrial, projetos).

REFRIGERAÇÃO COMERCIAL E CLIMATIZAÇÃO INDUSTRIAL

Copyright © 2011 by Prof José de Castro Silva Copyright © 2011 by Leopardo Mediante Contrato firmado com o autor

Editor: Maxim Behar Produção Gráfica: MCT Books Revisão de Texto: Alex Giostri Capa: Sergio Ng

Todos os direitos adquiridos e reservada a propriedade literária desta publicação pela

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www.leopardoeditora.com.br Impresso no Brasil / Printed in Brazil Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Castro, José de Refrigeração comercial, climatização industrial / José de Castro. — 1. ed. — São Paulo : Leopardo Editora, 2010. — (Coleção hemus mecânica) ISBN 978-85-62953-32-3 1. Ar condicionado 2. Refrigeração I. Título. II. Série. 10-07508

CDD-621.56 Índices para catálogo sistemático: 1. Climatização industrial : Engenharia mecânica 621.56 2. Refrigeração comercial : Engenharia mecânica 621.56

Sumário

PREFÁCIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Capítulo 1 CIRCUITO FRIGORÍGENO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Capítulo 2 CIRCUITO FRIGORÍGENO TERMODINÂMICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Capítulo 3 TIPOS DOS COMPONENTES BÁSICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Capítulo 4 COMPONENTES AUXILIARES DE PROTEÇÃO E CONTROLE. . . . . . . . . . 59 Capítulo 5 REFRIGERAÇÃO COMERCIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Capítulo 6 CONDICIONADORES DE AR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Capítulo 7 SISTEMA DE ÁGUA GELADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Capítulo 8 CAPACIDADE TÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Capítulo 9 UMIDADE E QUEIMA DE MOTORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

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Capítulo 10 LIMPEZA DE CIRCUITOS FRIGORÍGENOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Capítulo 11 TESTE DE VAZAMENTO DO FLUIDO REFRIGERANTE . . . . . . . . . . . . . 177 Capítulo 12 EVACUAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Capítulo 13 CARGA DE FLUIDO REFRIGERANTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Capítulo 14 BALANCEAMENTO DO CIRCUITO FRIGORÍGENO . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Capítulo 15 CÁLCULO DE DESBALANCEAMENTO DE VOLTAGEM . . . . . . . . . . . . . 207 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 ÍNDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

PREFÁCIO

O livro continua apresentando uma breve coletânea de manuais e catálogos de alguns fabricantes de componentes e equipamentos e opiniões sobre alguns assuntos técnicos. Recomenda-se a leitura deste livro aos estudantes dos cursos de Mecânico de Refrigeração e Técnico em Refrigeração e Ar-Condicionado, Técnico em Mecânica ou Eletromecânica, Técnico em Automação, Arquitetura e Engenharias (Mecânica, Agrícola, de Produção e Civil), que tenham disciplinas relacionadas às áreas abordadas e aos estudantes afins, visto que contém um resumo simplificado do funcionamento e detalhes técnicos básicos dos equipamentos de refrigeração comercial e climatização industrial.

José de Castro Doutoran do em Enge nha ria Agríc ola (Áre a: Má quina s Agrícolas/Refrigeração) na UNICAMP (Universidade Estadual de Campinas). Mestre em Engenharia Mecânica (Área: Sistemas Térmicos) pela UFPE (Universidade Federal de Pernambuco) (2008). Engenheiro de Produção Mecânica pela UNIBAHIA (Unidade Baiana de Ensino, Pesquisa e Extensão) (2003). Técnico em Refrigeração e Ar Condicionado pela ETFPE (Escola Técnica Federal de Pernambuco) (1994). 9

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Tem experiência nas áreas de Docência e Consultoria Técnica (SENAI-BA), Manutenção Industrial, Engenharia Térmica, Refrigeração (Comercial e Industrial) e Climatização (Ar Condicionado). Atualmente é Professor do Colegiado de Engenharia Mecânica da UNIVASF (Universidade Federal do Vale do São Francisco) na área de Máquinas e Sistemas Térmicos.

CAPÍTULO 1

Circuito Frigorígeno

Circuito frigorígeno = circuito de refrigeração = sistema de refrigeração. Vamos interpretar o funcionamento mostrado na figura 1.1 com as funções dos quatro componentes básicos que formam o circuito frigorígeno. O compressor (1) promove a circulação do fluido, ou gás refrigerante, por todo o sistema (circuito) e, com o auxílio do dispositivo de expansão (3), eleva a pressão no condensador (2) e reduz a pressão no evaporador (4). As setas da figura 1.2 indicam o sentido de circulação do fluido, ou gás refrigerante. O condensador (2), ou serpentina condensadora, tem a função de eliminar (rejeitar) o calor absorvido pelo evaporador (4) somado ao calor promovido pela compressão do compressor (1); com essa eliminação de calor, o fluido refrigerante que penetra (entra) no condensador, no estado físico “vapor”, se transforma em “líquido”. O evaporador (4) absorve calor do ambiente interno, e com essa absorção de calor, o fluido refrigerante que sai do dispositivo de expansão (3) e entra neste no estado físico “líquido” evapora, ou seja, transforma-se em “vapor”. O dispositivo de expansão (3), que pode ser o tubo capilar, o pistão ou a válvula de expansão termostática (VET), restringe ou dificulta a passagem do fluido refrigerante “líquido” que vem do condensador para o evaporador e, com essa restrição, provoca uma elevação de pressão no condensador e uma redução brusca de pressão no evaporador.

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CAPÍTULO 1

Figura 1.1 – Sistema básico de refrigeração.


Circuito Frigorígeno

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A condensação se dá com a rejeição de calor do fluido refrigerante no estado físico “vapor” e a evaporação, com a absorção de calor pelo fluido no estado físico “líquido”. Então, o condensador rejeita calor e o evaporador absorve calor. A figura 1.3 mostra as transformações de estados físicos que ocorrem nos circuitos de refrigeração ou circuitos frigorígenos.

Figura 1.3 – Mudanças de estados físicos do fluido refrigerante.

O capítulo 2 demonstra o funcionamento do circuito frigorígeno com detalhes mais aprofundados e o capítulo 3, os principais tipos dos componentes básicos que formam o circuito frigorígeno. É importante uma revisão dos princípios termodinâmicos para uma melhor compreensão dos temas tratados. O livro Refrigeração e climatização residencial apresenta os princípios básicos de refrigeração. Todo profissional que atua na área de refrigeração e climatização deve ter aptidão para a termodinâmica, uma das subdivisões da física.

CAPÍTULO 2

Circuito Frigorígeno Termodinâmico

2.1 Circuito Teórico Simples Um circuito térmico real qualquer deveria ter como referência o circuito de Carnot, por ser este o de maior rendimento térmico possível. Entretanto, dadas as peculiaridades do circuito frigorígeno, ou circuito de refrigeração por compressão de vapor, define-se um outro circuito chamado de circuito teórico, no qual os processos são mais similares aos do circuito real, e, portanto, torna-se mais fácil comparar o circuito real com esse circuito teórico. Esse circuito teórico ideal é aquele que terá melhor desempenho operando nas mesmas condições do circuito real. O circuito teórico simples de refrigeração por compressão de vapor é mostrado na figura 2.1, construído sobre um diagrama de Mollier no plano PH (Pressão-Entalpia). A figura 2.2 é o esquema básico com os componentes principais de um sistema frigorígeno ou de refrigeração suficientes, teoricamente, para realizar o circuito teórico mostrado na figura 2.1. Os equipamentos esquematizados na figura 2.2 representam, genericamente, o circuito frigorígeno de qualquer equipamento de refrigeração ou ar-condicionado (climatização) capaz de realizar o processo específico indicado.

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CAPÍTULO 2

Figura 2.1 – Diagrama pressão-entalpia (PH).

Os processos termodinâmicos que constituem o circuito teórico em seus respectivos equipamentos são:

• Processo [1] Ú [2], que ocorre no compressor; o fluido refrigerante entra no compressor à pressão do evaporador, Po. O fluido refrigerante é, então, comprimido até atingir a pressão de condensação e, nesse estado, está superaquecido com temperatura maior que a temperatura de condensação. • Processo [2] Ú [3], que ocorre no condensador, é um processo de rejeição de calor do fluido refrigerante para o meio de resfriamento (água ou ar) à pressão constante. Nesse processo, o fluido refrigerante é resfriado até a temperatura de condensação e, a seguir, condensado até se tornar líquido saturado. • Processo [3] Ú [4], que ocorre no dispositivo de expansão, que pode ser uma válvula de expansão termostática (VET) ou tubo capilar, é uma expansão irreversível à entalpia constante, processo isoentálpico, desde a pressão de condensação e líquido saturado, até a pressão de vaporização.


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• Processo [4] Ú [1], que ocorre no evaporador, é um processo de transferência de calor à pressão constante, conseqüentemente à temperatura constante, desde vapor úmido no estado 4 até atingir o estado de vapor saturado seco.

Figura 2.2 – Circuito frigorígeno.

Figura 2.3 – Diagrama pressão-entalpia (PH).

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CAPÍTULO 2

2.2 Circuito Real Simples As principais diferenças entre o circuito real e o circuito teórico simples são a perda de carga e a queda de pressão tanto nas linhas de descarga, líquido e de sucção como no condensador e no evaporador. Essas perdas de carga DPd e DPs estão demonstradas na figura 2.3. Outras diferenças são o sub-resfriamento do fluido refrigerante na saída do condensador (nem todos os sistemas são projetados com subresfriamento) e o superaquecimento na sucção, que tem a finalidade de evitar a entrada de líquido no compressor.

2.3 Entalpia e Pressão 2.3.1 Entalpia (H) Ao se discutir sobre calor, há dois fatores a serem considerados. O primeiro é que a temperatura é uma indicação de intensidade de calor e o segundo é que kJ (quilojoule), kcal e BTU são quantidades de calor (energia térmica). A entalpia é uma propriedade das substâncias que indica sua quantidade de energia térmica ou “calor total”. Quando o fluido refrigerante absorve energia (calor), sua entalpia aumenta; quando o fluido refrigerante perde (libera) energia (calor), sua entalpia diminui.

2.3.2 Pressão (P) Toda força exercida sobre uma área tem a pressão como resultado. Sempre que uma força for distribuída igualmente sobre uma área dada, a pressão será a mesma em qualquer ponto da superfície de contato e poderá ser calculada dividindo-se a força total exercida pela área total sobre a qual a força é aplicada. Essa relação é expressa pela equação a seguir: p=

F A


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p = pressão em unidades de F por unidades de A; F = força total em qualquer unidade de força; A = área total em qualquer unidade de área.

2.4 Diagramas Pressão ´ Entalpia Nas figuras 2.4, 2.5, 2.6 e 2.7 serão demonstrados alguns diagramas PH dos fluidos refrigerantes:

• R – 134a • R – 404a • R – 407C • R – 22 O capítulo 3 apresentará os principais fluidos (gases) refrigerantes e suas famílias.

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CAPÍTULO 2

Figura 2.4 – Diagrama pressão-entalpia (PH) do R-134a.


Figura 2.5 – Diagrama pressão-entalpia (PH) do R-404a.

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CAPÍTULO 2

Figura 2.6– Diagrama pressão-entalpia (PH) do R-407C.


Figura 2.7– Diagrama pressão-entalpia (PH) do R-22.

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CAPÍTULO 2

Figura 2.8– Diagrama pressão-entalpia (PH) do R600a.


Figura 2.9– Diagrama pressão-entalpia (PH) do R-22.

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CAPÍTULO 2

Figura 2.10– Diagrama pressão-entalpia (PH).

CAPÍTULO 3

Tipos dos Componentes Básicos

O compressor, o condensador, o dispositivo de expan são e o evaporador formam o circuito frigorígeno ou circuito/sistema de refrigeração, conceito tradicional visto nos capítulos anteriores. Esses quatro componentes principais, estando em perfeitas condições e bem conectados ou instalados, constituirão o “circuito frigorígeno”. Contudo, este não funcionará se um “gás” não estiver contido no interior dos componentes e tubos que formam o circuito frigorígeno, e não basta apenas ter o “gás”, visto que este deve ser o correto e estar em quantidade adequada para evitar danos, principalmente ao “coração” do circuito, que é o compressor (capítulo 14). Dada a importância de se ter um “gás” circulando adequadamente no circuito, e se um componente básico é aquele que não deve faltar justamente por ser básico, trataremos o fluido refrigerante como um componente básico do circuito frigorígeno, totalizando, então, cinco componentes básicos.

3.1 Fluidos ou Gases Refrigerantes Todos os fluidos são afetados pela temperatura e pressão que atuam simultaneamente. A água é um dos fluidos mais comuns para ilustrar este ponto. Ao nível do mar e em condições normais de pressão atmosférica em todos os valores de temperatura entre 0°C e +100°C, a água se encontra no estado físico líquido. Se a temperatura for reduzida 27

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CAPÍTULO 3

abaixo de 0°C, a água congelará, mudando seu estado físico de líquido para sólido. Se a água for aquecida acima de +100°C, ferverá, passando do estado físico líquido para o estado gasoso. Se a pressão for diminuída, o ponto de ebulição (evaporação) diminui. Se a pressão da água for aumentada, o ponto de ebulição (evaporação) aumenta. Uma substância pode absorver grandes quantidades de calor com um aumento de seu calor sensível se a diferença de temperatura é grande ou se o peso da substância é elevado. Contudo, em uma mudança de estado físico, uma fração do peso necessário para absorver certa quantidade de calor sensível absorverá uma quantidade de calor latente equivalente. Os sistemas de refrigeração e climatização (ar-condicionado) necessitam transmitir grandes quantidades de calor que possam repetir-se continuamente. Praticamente qualquer líquido pode ser usado para absorver calor por evaporação. A água é ideal em muitos aspectos, mas como visto anteriormente, ferve a temperaturas muito altas, para ser usada em operações normais de resfriamento, e congela-se a temperaturas altas, para usos em sistemas de baixas temperaturas. Um fluido refrigerante deve satisfazer oito importantes requisitos básicos:

• Não agredir a camada de ozônio, pois essa camada atmosférica nos protege dos raios solares, funcionando como uma espécie de filtro solar. • Deve absorver o calor rapidamente à temperatura requerida pela carga térmica. • O sistema deve utilizar o mesmo fluido refrigerante constantemente, por razões de economia e para resfriamento contínuo. • Não deve agredir a saúde humana. • Não deve ser inflamável nem explosivo. • Ser miscível com o óleo do compressor, ou seja, deve se misturar com o óleo. • Ter temperaturas críticas altas. • Não alterar suas condições químicas durante toda a sua vida útil. Nas primeiras instalações de refrigeração se empregavam, em geral, o amoníaco, o dióxido de enxofre, o propano, o etano e o cloreto metílico. Entretanto, apenas a amônia, ou R-717, é ainda utilizada. Sua aplicação é específica em grandes sistemas frigoríficos e industriais


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distantes do perímetro urbano, pois apenas equipes treinadas devem manuseá-la, visto que o contato com essa substância pode ser mortal caso não se usem equipamentos de proteção adequados.

3.1.1 Famílias de Fluidos Refrigerantes CFC Família de compostos químicos que possuem os elementos cloro, flúor e carbono em sua composição. Atualmente não se fabrica nenhum gás CFC; o cloro, que faz parte de sua composição, destrói a camada de ozônio. Um equipamento de refrigeração ou climatização (ar-condicionado), cujo sistema funciona com um fluido refrigerante que possui cloro na sua composição, está tecnicamente ultrapassado. Esse equipamento deve ser atualizado e o profissional de refrigeração tem de encontrar uma alternativa para esse problema. Como alternativa à falta de CFC, existem os chamados “gases alternativos” que pertencem à família dos HCFCs. A seguir, os principais fluidos refrigerantes da família dos CFCs:

• R-12, ou refrigerante 12 (utilizado em refrigeradores, freezers, câmaras frigoríficas e condicionadores de ar de carros, todos antigos). • R-11, ou refrigerante 11 (utilizado em grandes sistemas com compressores centrífugos e como fluido para limpeza de circuitos frigorígenos).

HCFC Família de compostos químicos que possui os elementos hidrogênio, cloro, flúor e carbono em sua composição. Atualmente se fabricam os HCFCs como gases alternativos que podem substituir os CFCs. Os principais fluidos refrigerantes da família dos HCFCs são:

• R-22, ou refrigerante 22 (utilizado em condicionadores de ar de janela, splits e centrais). • R-401A, ou refrigerante 401A (substitui o R-12). • R-409A, ou refrigerante 409A (substitui o R-12). • R-401B, ou refrigerante 401B (substitui o R-12 e o R-500).

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CAPÍTULO 3

• R-402A, ou refrigerante 402A (substitui o R-502). • R-408A, ou refrigerante 408A (substitui o R-502). • R-402B, ou refrigerante 402B (substitui o R-502). No processo de substituição de um CFC por um HCFC, o fabricante de fluidos refrigerantes deverá consultar o fabricante do equipamento. Esse procedimento requer uma análise apurada de todos os dados de funcionamento do equipamento (temperaturas, pressões, tipo do óleo etc). A DuPont, que detém as marcas Suva e Freon e é um dos grandes fabricantes de fluidos refrigerantes, chama essa atualização de CFC para HCFC de retrofit.

HFC Família de compostos químicos que possui os elementos hidrogênio, flúor e carbono em sua composição. Atualmente os novos equipamentos são fabricados com HFCs. A seguir, os principais fluidos refrigerantes da família dos HFCs:

• R-134a, ou refrigerante 134a (utilizado em refrigeradores, freezers, câmaras frigoríficas, condicionadores de ar de carros e equipamentos do tipo Chiller). • R-404a, ou refrigerante 404a (utilizado em câmaras frigoríficas). • R-507, ou refrigerante 507 (utilizado em equipamentos de refrigeração comercial). • R-407C, ou refrigerante 407C (utilizado em equipamentos de climatização (ar-condicionado). • R-410A, ou refrigerante 410A (utilizado em equipamentos de climatização (ar-condicionado). Sobre a questão de destruir a camada de ozônio, os cientistas criaram um índice que mede em pontos percentuais o poder de destruição de cada fluido refrigerante. Esse índice é chamado de ODP (Ozone Depleting Potential) ou poder de destruição da camada de ozônio. Exemplo: o R-12 tem um ODP de 100%, o R-22 tem um ODP de 5,5% e o R-134a tem um ODP de 0%.


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3.1.2 Diagrama PH dos Fluidos Refrigerantes Como visto no capítulo 2, o diagrama PH (Pressão-Entalpia) é muito útil no estudo dos circuitos frigorígenos, pois indica graficamente colunas de valores de diversas tabelas; assim é fácil visualizar as variações que ocorrem quando o fluido refrigerante passa de uma parte do circuito para outra. Cada fluido refrigerante possui o seu diagrama PH específico e nele estão traçadas várias das propriedades físicas do fluido. Para se estudar o comportamento de um equipamento, deve-se analisar o diagrama PH do seu fluido refrigerante (capítulo 7).

3.2 Motocompressores e Compressores O compressor succiona o fluido refrigerante do evaporador e comprime-o no condensador, circula-o por todo o circuito frigorígeno e, com auxílio do dispositivo de expansão, promove a elevação de pressão no condensador e a redução de pressão no evaporador. Quando perguntamos quais os tipos de compressores que realizam essa tarefa, muitos respondem incorretamente: alternativos, herméticos, parafusos, semi-herméticos etc. Nessa resposta, há uma mistura do tipo de compressão com o tipo de acoplamento.


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CAPÍTULO 3

Então os compressores se dividem em duas categorias, que são a “categoria de compressão” e a “categoria de acoplamento”, e a pergunta quanto aos tipos de compressores tem de se relacionar ao tipo de categoria.

3.2.1 Categoria de Compressão Alternativo Os compressores dessa categoria possuem o “pistão” que executa movimentos alternados — sobe e desce ou vai-e-vem. Observe que na figura 3.2 o fluido refrigerante penetra (entra), pela linha de sucção, em um espaço criado pelo curso de descida do pistão e o fluido é forçado para a linha de descarga pelo pistão no seu curso de subida. Quando o pistão desce, faz a “placa de válvula de sucção” abrir e a “placa de válvula de descarga” fechar; a pressão no cilindro, nesse momento, é menor que na linha de sucção, então o fluido entra no cilindro. Quando o pistão sobe, faz a “placa de válvula de descarga” abrir e a “placa de válvula de sucção” fechar; a pressão no interior do cilindro, nesse momento, é maior que na linha de descarga, então o fluido sai do interior do cilindro. O virabrequim gira e, com o auxílio da biela, move o pistão com movimentos alternados, daí o nome compressor alternativo.

Figura 3.2 – Detalhe da subida e descida do pistão.


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Figura 3.3 – Detalhe dos principais componentes internos de um compressor alternativo.

Rotativo Este tipo de compressor é muito utilizado em condicionadores de ar do tipo janela e em bombas de vácuo. Em bombas de vácuo, o compressor é o rotativo palheta e a sucção e a compressão ocorrem em virtude do movimento de lâminas em relação a uma câmara de bomba (figura 3.6). Já os rotativos para condicionadores de ar do tipo janela (figuras 3.4 e 3.5) realizam a sucção e a descarga do fluido refrigerante por meio do movimento do “rolete” no interior do cilindro. O rolete se movimenta através de um eixo excêntrico e, com o auxílio da “lâmina divisória”, cria regiões de baixa e de alta pressão. Muitos técnicos reclamam das altas temperaturas da carcaça dos compressores rotativos, pois os comparam com os alternativos que possuem temperaturas de carcaça menor. Veja na figura 3.5 que o interior do cárter do compressor é descarga, ou seja, altas pressão e temperatura, e a sucção está canalizada internamente; é o inverso dos motocompressores herméticos, em que o seu cárter é a sucção e a descarga é que está canalizada internamente. Mais adiante será abordado o acoplamento hermético.

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CAPÍTULO 3

Figura 3.4 – Motocompressores herméticos rotativo e rotativo em corte.

Figura 3.5 – Detalhe dos componentes internos de um compressor rotativo.


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Figura 3.6 – Detalhe das palhetas de um compressor “rotativo palheta”.

Figura 3.7 – Detalhe do interior de uma “bomba de vácuo”.

Scroll Este motocompressor possui dois caracóis: um é fixo e o outro é móvel (figura 3.9). O móvel executa um movimento orbital dentro do fixo e, com isso, cria bolsas de gás. Essas bolsas vão diminuindo de volume e a pressão do fluido refrigerante aumenta, sendo este descarregado para o condensador. Simultaneamente, dois bolsões de gás são formados a baixa pressão, efetuando a sucção do evaporador (figura 3.10).

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CAPÍTULO 3

Figura 3.8 – Detalhe do interior de um motocompressor hermético Scroll.

Caracol fixo

Caracol móvel

Figura 3.9 – Caracóis do motocompressor Scroll.

Figura 3.10 – Caracol móvel orbitando dentro do caracol fixo.

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Figura 3.11 – Motocompressor Scroll em corte com duplos caracóis.

Parafusos Os compressores recebem essa definição porque seus principais componentes, que são os “rotores ou fusos”, parecem grandes roscas de parafusos (figuras 3.12 e 3.13).

Figura 3.12

O rotor, ou fuso, com quatro convexos curvados é chamado rotor macho e com seis côncavos, rotor fêmea. Geralmente os motores elétricos movimentam o compressor através do rotor macho e sua rotação fica em torno de 3.600 rpm. O rotor fêmea gira em torno de 2.400 rpm. Os rotores possuem um desgaste insignificante em virtude da boa lubrificação nos convexos e côncavos e nas bordas principais dos rotores, que não ficam em contato mecanicamente.

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CAPÍTULO 3

Figura 3.13

No processo de sucção, o convexo do rotor macho e o côncavo do rotor fêmea engrenam-se helicoidalmente, e as bordas dos rotores são seladas pela carcaça. O ponto de sucção atingirá gradualmente o espaço longitudinal do côncavo do rotor com o giro, até o encontro da extremidade do convexo com a do côncavo dos rotores, que forma a bolsa de relação volumétrica, ou seja, a pressão do fluido refrigerante é baixa e este é succionado (sugado) do evaporador. A figura 3.14 ilustra o processo de sucção.

Figura 3.14 – Fase de sucção.

No processo de compressão, continuando o giro, convexo com côncavo se engrenam helicoidalmente e inicia-se o deslocamento e a redução do volume da bolsa, gradualmente a direcionando para a descarga.


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Figura 3.15 – Fase de compressão.

No processo de descarga, como a descrição anterior, forma-se a bolsa de relação volumétrica e o espaço vai se reduzindo até o encontro com o ponto de descarga; se o volume diminui, a pressão do fluido refrigerante aumentará e, então, o compressor empurrará o fluido comprimido para o condensador.

Figura 3.16 – Fase de descarga do fluido refrigerante vapor para o condensador.

Os compressores parafusos efetuam seu controle de capacidade por uma “válvula redutora deslizante” de mais carga e menos carga, a qual se move paralela ao rotor e modifica a área de compressão do rotor. Isto prolonga ou encurta a região de compressão do rotor e soma o ato do retorno de gás para o lado da sucção enquanto o fluido comprimido é desviado.

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CAPÍTULO 3

Figura 3.17

Centrífugo Este tipo de compressor é uma máquina relativamente de alta velocidade, na qual um jato contínuo de fluido refrigerante é succionado e comprimido por uma força centrífuga. O compressor centrífugo pode ser de simples ou múltiplos estágios. Nas figuras 3.18 e 3.19 constam os rotores internos do compressor. Os Chillers de médio e grande portes são os equipamentos que mais utilizam esses compressores, pois o rendimento é muito superior ao dos alternativos.

Figura 3.18 – Rotores de um compressor centrífugo.


Figura 3.19 – Compressor centrífugo.

Figura 3.20 – Circuito de um Chiller com compressor centrífugo.

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CAPÍTULO 3

A seguir, os principais tipos de compressores quanto à categoria de compressão:

• Alternativo. • Rotativo. • Scroll. • Parafuso. • Centrífugo.

3.2.2 Categoria de Acoplamento Nessa categoria, analisa-se como o motor elétrico está instalado com o compressor propriamente dito, que é a parte mecânica que executa a sucção e a compressão. O motor elétrico pode estar junto do compressor em uma mesma carcaça, e por essa carcaça não possibilitar consertos (manutenção), chamaremos esse componente de “motocompressor hermético” (figuras 3.4, 3.8 e 3.21). O motor elétrico pode estar junto ao compressor em uma mesma carcaça, e se essa carcaça possibilitar consertos (manutenção), chamaremos esse componente de “motocompressor semi-hermético” (figura 3.22). Se o motor elétrico não estiver junto do compressor em uma mesma carcaça, e se essa carcaça que contém apenas a parte de compressão, ou seja, o compressor, possibilitar consertos (manutenção), chamaremos esse componente de “compressor aberto” (figura 3.23).

Figura 3.21 – Motocompressores herméticos alternativos.


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A bomba de vácuo da figura 3.7 é um “compressor aberto palheta”, que, como veremos adiante, é utilizada como equipamento/ferramenta indispensável nos reparos de circuitos frigorígenos. Essa bomba não é um compressor utilizado para circular o fluido refrigerante como os demais compressores.

Figura 3.22 – Motocompressor semi-hermético alternativo.

Figura 3.23 – Compressores abertos alternativos.

A seguir, os principais tipos de compressores quanto à categoria de acoplamento:

• Herméticos. • Semi-herméticos. • Abertos.

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CAPÍTULO 3

3.3 Condensadores Como visto no capítulo 1, o condensador tem a função de eliminar (rejeitar) o calor do fluido refrigerante. Com essa eliminação de calor, o fluido refrigerante que penetra (entra) no condensador, no estado físico “vapor”, se transforma em “líquido”. O condensador elimina o calor para outro “fluido” que pode ser o ar ou a água, e sabe-se que o calor se transfere do fluido com temperatura maior para o com temperatura menor. Se for o ar que estiver absorvendo (recebendo) calor do fluido refrigerante, o condensador será a ar. Se for a água que estiver absorvendo (recebendo) calor do fluido refrigerante, o condensador será a água. Se forem ambos, o ar e a água, que estiverem absorvendo (recebendo) calor do fluido refrigerante, o condensador será chamado evaporativo.

3.3.1 Condensadores a Água A seguir, os principais tipos de condensadores a água:

• Carcaça e Tubo (Shell & Tube). • Tubo e Tubo. • Placas.

Figura 3.24 – Condensador a água Shell & Tube.


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O capítulo 7 mostra o funcionamento detalhado desse tipo de condensador a água. O calor que o fluido refrigerante retirou no evaporador mais o calor injetado pelo compressor é transferido para a água, pois a água está com temperatura menor que a do fluido refrigerante “vapor” no condensador. A água por ter absorvido (recebido) calor do fluido refrigerante “vapor” precisa perder (liberar) calor para, novamente, penetrar nos tubos do condensador com temperatura menor. A figura 3.25 mostra o condensador Tubo e Tubo e a figura 3.27, o condensador a Placas. Em ambos, o princípio é fazer com que a água retire calor do fluido refrigerante.

Figura 3.25 – Condensador a água Tubo e Tubo.

Figura 3.26 – Condensador a água Tubo e Tubo.

Independentemente do tipo do condensador a água, este deve estar ligado a uma torre de resfriamento, que fará o resfriamento da água que aqueceu no condensador por ter retirado calor do fluido refrigerante. Para a água circular pelo(s) condensador(es) e pela(s) torre(s), haverá bombas de água, como bombas de água de condensação (BAC). A interligação entre condensador, torre de resfriamento e BAC é apresentada em detalhes no capítulo 7.

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CAPÍTULO 3

Figura 3.27 – Condensador a água do tipo Placas.

3.3.2 Condensador a Ar Os condensadores a ar podem ser com convecção natural ou convecção forçada. Na linha residencial, a maioria dos refrigeradores utiliza condensadores com circulação natural de ar (convecção natural). Já na linha de refrigeração e climatização comercial, câmaras frigoríficas, centrais de ar-condicionado e centrais de água gelada, os condensadores recebem a circulação forçada do ar por meio de um motoventilador (convecção forçada). Esses condensadores utilizam “aletas” que fazem com que o ar retire calor com mais facilidade do fluido refrigerante que passa no interior da tubulação, sendo, por isso, denominados “condensadores aletados com convecção forçada de ar”.

Figura 3.28 – Aletas do condensador a ar.

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Figura 3.29 – Detalhe das aletas e motoventilador do condensador a ar.

Figura 3.30 – Condensador a ar.

3.3.3 Condensador Evaporativo Este tipo de condensador consiste em uma torre de resfriamento de água pelo sistema de ar forçado, combinada com um condensador formado por uma serpentina de tubo liso. Na figura 3.31 vemos que a superfície do condensador é umidificada por meio de orifícios pulverizadores de água, ao mesmo tempo em que sobre estes se dirige a corrente de ar promovida pelo motoventilador. A finalidade é ativar a evaporação da água iniciada no processo de condensação do fluido refrigerante que atua como fonte de calor. Os sistemas de refrigeração industriais são os grandes utilizadores desse tipo de condensador.

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CAPÍTULO 3

Figura 3.31 – Condensador evaporativo.

3.4 Dispositivos de Expansão São basicamente redutores de pressão e controladores do fluxo do fluido refrigerante liquefeito no condensador para o evaporador. Nos equipamentos de refrigeração e climatização comercial, o dispositivo de expansão mais utilizado é a válvula de expansão termostática (VET). Como visto no capítulo 1, o dispositivo de expansão, que pode ser o tubo capilar, o pistão ou a válvula de expansão termostática, restringe ou dificulta a passagem do fluido refrigerante “líquido” que vem do condensador para o evaporador e, com essa restrição, provoca elevação da pressão no condensador e redução brusca de pressão no evaporador. O capítulo 6 mostra os tipos de equipamentos que mais utilizam o dispositivo pistão. Dos dispositivos citados anteriormente, a VET é o único que faz a regulagem ou dosagem do fluido líquido para o evaporador. Essa regulagem é feita em virtude da temperatura do fluido refrigerante “vapor” que sai do evaporador. A temperatura do vapor que sai do evaporador é percebida pelo “bulbo sensor” da VET.

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Na figura 3.32 vemos a VET recebendo o fluido refrigerante liquefeito no condensador e o enviando a baixas pressão e temperatura para o evaporador; na saída do evaporador encontra-se o bulbo sensor da válvula identificando a temperatura do fluido refrigerante “vapor” que está saindo do evaporador e indo para o compressor. Na figura 3.33 há um diagrama esquemático de uma VET. Como se vê, a válvula consiste em um corpo A, haste da válvula B, mola C, diafragma D e bulbo sensor remoto E.

Figura 3.32

O bulbo sensor remoto e o espaço acima do diafragma estão ligados por um tubo capilar. O bulbo contém um fluido volátil. O fluido utilizado é normalmente o mesmo que se utiliza como refrigerante no sistema. Como se sabe, quando se aplica calor ao bulbo sensor remoto, a pressão do fluido (gás) que está dentro do tubo aumenta. Essa pressão transmite-se através do tubo capilar para o espaço sobre o diafragma. A pressão aplicada faz empurrar o diafragma para baixo, contra a pressão da mola. Isto faz mover a haste para fora da sede da válvula, abrindo-a.

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CAPÍTULO 3

Figura 3.33 – VET com equalização interna.

Quando se retira calor do bulbo sensor remoto (resfriando), a pressão do fluido (gás) que está dentro do tubo diminui. Essa baixa pressão transmite-se através do tubo capilar para o espaço sobre o diafragma. A baixa pressão aplicada faz o diafragma ir para cima e a pressão da mola vence a pressão que está sobre o diafragma. Isto faz mover a haste para dentro da sede da válvula, fechando-a. Assim, a quantidade de calor (temperatura) do bulbo determina a posição da haste, a qual, por sua vez, controla a quantidade de fluido refrigerante que vai para o evaporador. A maioria das VETs possui um ajuste que varia a tensão da mola. Ao se modificar a tensão da mola, varia-se o grau de calor necessário no bulbo sensor remoto para dar posição à haste da válvula. Esse ajuste é conhecido como “superaquecimento” (capítulo 14). Verificando novamente a figura 3.32, vemos o bulbo sensor na linha de sucção; se o local onde o bulbo será instalado na sucção estiver na vertical, a preocupação será apenas com a isolação térmica deste, mas se a linha de sucção estiver na horizontal, como na figura 3.32, deve-se tomar o cuidado de não colocar o bulbo sensor na parte inferior do tubo, ou seja, embaixo do tubo de sucção, pois pode haver vestígios de óleo e isso ocasionará uma pequena isolação térmica entre o fluido refrigerante vapor que passa na linha de sucção e o gás que está no bulbo sensor.


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Verificando a figura 3.34, vemos as melhores posições para instalar um bulbo numa linha de sucção na horizontal. Ao visualizar o tubo de sucção como um relógio (analógico), as posições seriam em 10 ou 14 horas. Como comentamos antes, se o tubo de sucção estiver na horizontal, poderá haver óleo na parte inferior deste, então não será aconselhável colocar o bulbo sensor na posição 18 horas.

Figura 3.34 – Bulbo sensor na posição 14 horas.

A fim de compensar uma excessiva queda de pressão por meio de um evaporador, a VET deve ser do tipo equalizador externo, com o tubo equalizador externo ligado logo após a saída do evaporador, ou seja, ligado na linha de sucção, próximo ao bulbo sensor. A queda de pressão real da saída do evaporador é imposta sob o diafragma (figuras 3.35 e 3.36) da VET. As pressões de operação no diafragma estão agora livres de qualquer efeito da queda de pressão no evaporador, e a VET responderá ao superaquecimento do fluido refrigerante vapor que sai do evaporador. A VET deve ser aplicada o mais próximo possível do evaporador e em situação tal que seja acessível para ajustes e manutenção.

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CAPÍTULO 3

Figura 3.35 – VET com equalização externa.

Figura 3.36 – VET com equalização externa.

A figura 3.37 mostra as forças que atuam numa válvula de expansão termostática com equalização externa. Todos os sistemas de refrigeração e climatização de médio e grande portes utilizam VET com equalização externa.


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Figura 3.37 – Forças que atuam na VET com equalização externa.

• Força (1) — Pressão do gás do bulbo sensor (sobre o diafragma). • Força (2) — Pressão do evaporador captada pelo tubo equalizador externo. • Força (3) – Pressão da mola (sob o diafragma). • Válvula abrindo — “Força (1)” maior que a soma das “Forças (2)+(3)” • Válvula fechando — soma das “Forças (2)+(3)” maior que a da “Força (1)” Sendo do tipo equalização interna ou equalização externa, sabe-se que a válvula de expansão termostática recebe o fluido refrigerante “líquido” do condensador a alta pressão, e logo após a VET, o fluido refrigerante já está imediatamente a baixas pressão e temperatura. O fluido refrigerante flui através da VET para a baixa pressão do evaporador. O fluido refrigerante “líquido” resfria para a temperatura de evaporação correspondente a essa pressão mais baixa. Para realizar esse resfriamento, o fluido refrigerante “líquido” deve ceder calor, sendo este cedido para o meio mais próximo, que são as moléculas adjacentes do próprio fluido refrigerante. Ao ceder esse calor a uma pressão mais baixa, ocorre (ainda na VET) a evaporação de parte do fluido refrigerante “líquido” até o ponto em que a mistura de vapor e líquido tenha atingido a temperatura de saturação (evaporação) correspondente a essa pressão mais baixa. O fluido refrigerante “vapor” resultante dessa evaporação é chamado “flash gás” e sua quantidade é referida como “percentual de flash gás”. Esse percentual aos níveis de temperaturas de climatização do ar

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CAPÍTULO 3

está na faixa de 20% a 30%. A figura 3.38 mostra esse fenômeno no diagrama PH, em que quanto menor o flash gás, haverá mais fluido refrigerante “líquido” no evaporador para retirar calor e o rendimento do equipamento aumentará. O flash gás é um componente indispensável, visto que o fluido refrigerante necessita utilizá-lo para que sua temperatura permaneça reduzida no evaporador; o fluido refrigerante, vindo a altas pressão e temperatura do condensador (quente), tem de “perder” parte de sua quantidade no estado líquido para ficar a baixa temperatura (frio) ao penetrar (entrar) no evaporador. Este é um processo inerente ao circuito frigorígeno, e uma vez que o flash gás é diminuído da capacidade útil do equipamento, é desejável que o fluido refrigerante líquido tenha um baixo calor específico, o que diminuirá o flash gás ao mínimo. O capítulo 1 descreve o circuito frigorígeno no diagrama PH, sendo o ponto 4 a entrada do evaporador e o ponto 1 a saída. O compressor corresponde ao ponto 1 ao 2, o condensador, ao ponto 2 ao 3, e a VET, ao ponto 3 ao 4.

Figura 3.38 – Diagrama PH evidenciando o flash gás.

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Além das válvulas de expansão termostáticas “termomecânicas” mostradas anteriormente, os equipamentos de refrigeração ou climatização podem utilizar também as válvulas de expansão eletrônicas. Estas são comandadas por um microprocessador com o objetivo específico de manter o superaquecimento com uma maior precisão. Essas VETs não possuem o bulbo sensor externo com gás internamente, mas há um sensor (termistor) na linha de sucção do compressor e esse sensor envia sinal ao microprocessador, que, por sua vez, aciona o “motor” da válvula eletrônica fazendo-a aumentar ou diminuir a passagem de fluido refrigerante líquido para o evaporador. A figura 3.39 mostra: 1. motor de passo; 2. parafuso rosca sem fim; 3. bucha deslizante; 4. conjunto orifício calibrado.

Figura 3.39 – VET eletrônica.

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CAPÍTULO 3

3.5 Evaporadores Como visto no capítulo 1, o evaporador absorve calor do ambiente interno. Com essa absorção de calor, o fluido refrigerante que sai da válvula de expansão e entra nela no estado físico “líquido” evapora, ou seja, transforma-se em “vapor”. O evaporador absorve o calor de outro “fluido” que pode ser o ar ou a água, e o calor se transfere do fluido com temperatura maior para o com temperatura menor. Se for o ar que estiver liberando (rejeitando) calor para o fluido refrigerante se evaporar, o evaporador será do tipo expansão direta, (capítulos 6 e 7). O evaporador a ar (figura 3.40) é construído com aletas, semelhantemente aos condensadores a ar.

Figura 3.40

Se for a água que estiver liberando (rejeitando) calor para o fluido refrigerante se evaporar, o evaporador será do tipo Shell & Tube (Carcaça e Tubo) (figuras 3.41 e 3.42 e o capítulo 7).


Figura 3.41 – Evaporador Carcaça e Tubo.

Figura 3.42 – Evaporador Carcaça e Tubo.

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CAPÍTULO 4

Componentes Auxiliares de Proteção e Controle

4.1 Filtro Secador ou Desidratante Os filtros são os componentes auxiliares mais importantes em qualquer sistema de refrigeração ou climatização. Eles estão localizados estrategicamente antes do dispositivo de expansão, pois o dispositivo é o ponto de menor diâmetro do sistema e onde pode haver obstrução (entupimento). A finalidade dos filtros desidratantes é a de reter as impurezas contidas no interior do circuito frigorígeno e absorver a umidade de acordo com o tipo de filtro desidratante. Cada filtro possui uma capacidade higroscópica diferente, a qual se refere à absorção de umidade (consulte o fabricante). Nesses filtros deverá ser obedecida a posição quanto à colocação. A figura 4.1 mostra um filtro em corte e a figura 4.2, um recarregável.

Figura 4.1

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CAPÍTULO 4

Figura 4.2 – Substituição do cartucho.

4.2 Visor de Líquido São componentes que num sistema de refrigeração, principalmente em máquinas de médio e grande portes, desempenham um importante trabalho: a visualização da passagem do líquido na linha de líquido a alta pressão, além de permitir, em alguns casos, a constatação de umidade no sistema. O visor de líquido serve para indicar falta de líquido na válvula de expansão termostática. Bolhas de vapor no visor indicam, por exemplo, falta de carga, sub-resfriamento baixo ou obstrução parcial do filtro secador.

4.2.1 Visor com Indicador de Umidade O visor está equipado com um indicador de cor que passa de verde para amarelo quando o teor de umidade do refrigerante excede o valor crítico. A indicação de cor é reversível, isto é, a cor passa novamente de amarelo para verde quando a instalação está seca, por exemplo, renovando o secador de linha. Ao montar o secador da linha de líquido numa posição vertical, é preciso certificar-se de que a entrada ficará em cima e a saída, embaixo. Desta maneira, haverá sempre líquido refrigerante no filtro, de modo que a capacidade de secagem é utilizada da melhor maneira possível.


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Figura 4.3

4.3 Válvula de Retenção São dispositivos que permitem a passagem do fluido refrigerante somente no sentido da seta de indicação. É uma válvula unidirecional.

Figura 4.4 – Válvula de retenção com rosca.

4.4 Válvula Solenóide da Linha de Líquido A válvula solenóide é uma válvula eletromagnética servocomandada. Se a bobina recebe corrente, abre-se o orifício piloto. Esse orifício tem uma seção de passagem superior à do conjunto de todos os orifícios de equalização de pressão. A pressão sobre o diafragma é reduzida por escape, através do orifício piloto para a saída da válvula, e o diagrama é levantado pelo aumento da pressão de entrada no lado inferior. Quando a bobina não recebe corrente, o orifício piloto está fechado e o diafragma é empurrado de encontro à sede da válvula, porque a pressão sobe o diafragma e aumenta os orifícios de equalização de pressão.

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CAPÍTULO 4

Esse tipo de válvula é geralmente instalado na linha de líquido para retenção de fluido refrigerante, quando estiver desenergizada. A figura 4.6 mostra a solenóide fechada e a figura 4.7, esta abrindo.

Figura 4.5 – Válvula solenóide.

Figura 4.6 – Solenóide fechada.

Figura 4.7 – Solenóide abrindo.


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4.5 Válvula de Serviço Estas válvulas são utilizadas para executar serviços de medições de pressão, evacuação e carga de fluido refrigerante. A válvula de serviço pode ser aberta e fechada com o uso de uma chave catraca (figura 4.9). O conjunto Manifold está detalhado no capítulo 12. De acordo com a figura 4.8, quando se gira a “haste” da válvula toda para cima, fecha-se a leitura da pressão para o manômetro do conjunto Manifold (fechado para serviço). Quando se gira a “haste” da válvula toda para baixo, fecha-se a passagem do fluido refrigerante (fechado para o sistema). A posição apresentada na figura 4.8 mostra a abertura da válvula de serviço e a instalação de um conjunto Manifold para verificar a pressão de sucção do motocompressor, ou seja, aberto para serviço e sistema. O conjunto Manifold está detalhado no capítulo 12.

Figura 4.8 – Válvula de serviço na sucção.

Figura 4.9 – Chave catraca para abrir e fechar a válvula de serviço.

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CAPÍTULO 4

4.6 Válvula do Tipo Schrader Esta válvula utiliza o princípio das válvulas de ar usadas nas câmaras de pneus de carros, motos ou bicicletas e é semelhante a estas. Deve possuir uma tampa para assegurar um funcionamento à prova de vazamento. Com as “válvulas Schrader”, pode-se verificar as pressões do sistema e recarregá-lo sem alterar o funcionamento do motocompressor. Para abrir a válvula, é necessário utilizar o lado da mangueira do conjunto Manifold que possua um pino central para empurrar o pino da válvula.

Figura 4.10 – Válvula Schrader.

4.7 Válvula ou Registro Manual Esta válvula é utilizada de modo que se possa isolar partes do circuito frigorígeno para reparos ou manutenção. É fechada ao ser girada no sentido horário e aberta, no anti-horário.


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4.8 Válvula de Segurança do Tipo Plugue Fusível Nos circuitos frigorígenos, durante paralisações, incêndios ou altas temperaturas causadas por falhas nos controles elétricos, poderão ocorrer danos ao sistema ou mesmo uma explosão, em virtude do aumento de pressão. Para a máxima segurança da instalação, deve-se montar no tanque de líquido ou no condensador a válvula de alívio do tipo plugue fusível PSA ou PSB. Quando a temperatura ultrapassar a prefixada, o núcleo do plugue fundirá (derreterá), deixando fluir o fluido refrigerante e evitando, assim, danos à instalação — PSA (70ºC a 77ºC) ou PSB (93ºC a 98ºC).

Figura 4.11 – Plugue fusível em corte.

4.9 Válvula de Segurança do Tipo Alívio É utilizada em qualquer vaso de pressão, mas o limite prefixado de pressão não deve ser excedido, pois poderiam ocorrer sérios danos ao sistema, como, por exemplo, uma explosão. Nos circuitos frigorígenos, a válvula de segurança deverá ser instalada no tanque de líquido ou no condensador a água. Nessa válvula constituída basicamente de um corpo, onde estão alojados um pistão com assento de neoprene, mola e parafuso de regulagem, atuam, de um lado, a pressão do recipiente onde a válvula está instalada e, do outro, as pressões atmosféricas e de uma mola, cuja tensão é calibrada por meio do parafuso de regulagem, para o valor desejado. Quando a pressão ultrapassar o limite prefixado no condensador ou tanque de líquido, a válvula abrirá, deixando fluir o fluido refrigerante até a normalização, quando, então, voltará a fechar.

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CAPÍTULO 4

É esta a sua grande vantagem sobre os plugues fusíveis. Quando os plugues se abrem, deixam fluir todo o fluido refrigerante, devendo, por isso, ser substituídos. Veja na figura 4.12 que uma válvula possui rosca e, por segurança, deve-se canalizar essa saída para fora da casa de máquinas do equipamento.

Figura 4.12 – Válvulas de alívio.

4.10 Acumulador de Sucção O acumulador de sucção exerce as mesmas funções que o acumulador de líquido ou o separador de líquido, ou seja, evitar que o fluido refrigerante líquido que não evaporou no evaporador seja succionado pelo motocompressor. Veja na figura 4.13 que a linha de sucção é separada no interior do acumulador.

Figura 4.13 – Separador de líquido.


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Os equipamentos que mais utilizam esse tipo de componente auxiliar (acessório) são os de refrigeração (freezers, câmaras e balcões frigoríficos) em virtude de as temperaturas de evaporação serem muito baixas.

4.11 Intercambiador de Calor Basicamente exerce a mesma função que o acumulador de sucção: evitar que o fluido refrigerante líquido que não evaporou no evaporador seja succionado pelo motocompressor. Isso ocorre porque a linha de líquido transfere energia (calor) para a linha de sucção; se na sucção estiver passando fluido refrigerante líquido, isso irá evaporá-lo. Os equipamentos para climatização (ar-condicionado) não utilizam esse acessório. Assim como os acumuladores de sucção, os que mais utilizam esse tipo de componente auxiliar (acessório) são os equipamentos de refrigeração (freezers, câmaras e balcões frigoríficos) em virtude de as temperaturas de evaporação serem muito baixas.

Figura 4.14 – Intercambiador de calor.

4.12 Separador de Óleo Como mostrado na figura 4.15, esse separador promove o retorno de óleo para o cárter do motocompressor. Isso evita que o óleo vá para todo o circuito. No interior do separador, há uma bóia que só abre o retorno quando o nível de óleo sobe; deve-se abastecer o separador com óleo antes de instalá-lo. A quantidade de óleo depende da capacidade do sistema, devendo-se consultar o fabricante do equipamento. Equipamentos de climatização (ar-condicionado) não utilizam esse tipo de componente (acessório), apenas sistemas de resfriamento ou congelamento, ou seja, sistemas de refrigeração que possuem problemas críticos de retorno de óleo.

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CAPÍTULO 4

Figura 4.15 – Separador de óleo.

4.13 Tanque de Líquido Como está ilustrado na figura 4.16, o tanque de líquido localiza-se imediatamente na saída do condensador, por ser um componente auxiliar (acessório) importante. Caso se deseje realizar uma manutenção em todo o circuito frigorígeno, o tanque de líquido tem capacidade de armazenar todo o fluido refrigerante do circuito; além disso, se houver uma deficiência momentânea de condensação, o tanque de líquido manterá a linha de líquido totalmente preenchida de “líquido”.


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Figura 4.16 – Tanque de líquido.

4.14 Tubo Flexível Estes tubos podem ser utilizados nas linhas de sucção e descarga com o objetivo de evitar a transmissão de vibração do motocompressor para todo o equipamento.

Figura 4.17 – Tubo flexível.

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CAPÍTULO 4

4.15 Pressostatos Eletromecânicos São dispositivos de proteção. O pressostato de baixa é utilizado também como controle. Se a pressão de sucção do compressor cair e atingir o limite mínimo permitido, o pressostato de baixa desliga o motor elétrico do compressor. Se a pressão de descarga do compressor subir e atingir o limite máximo permitido, o pressostato de alta desliga o motor elétrico do compressor. A figura 4.18 mostra um pressostato de alta e baixa (PAB) conjugado e regulável, mas os pressostatos podem vir separados, sendo reguláveis ou não reguláveis. Os pressostatos não reguláveis são chamados de pré-calibrados ou miniaturizados. Os ajustes de desarme e rearme são efetuados pelo fabricante do equipamento, não possibilitando ajustes durante a manutenção. No caso de defeito desse tipo de pressostato, pode-se adaptar os reguláveis como o mostrado na figura 4.18. A regulagem do PAB será exemplificada na figura 4.19.

Figura 4.18 – Pressostato de alta e baixa regulável.

De acordo com a figura 4.19, há:

• Ponteiro 1 — Escala do rearme do pressostato de baixa. A regulagem é feita no parafuso de ajuste do rearme mostrado na figura 4.18. • Ponteiro 2 — Escala do diferencial do pressostato de baixa. A regulagem é feita no parafuso de ajuste do diferencial mostrado na figura 4.18.


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Figura 4.19 – Pressostato de alta e baixa regulável.

• Ponteiro 3 — Escala do desarme do pressostato de alta. A regulagem é feita no parafuso de ajuste do desarme mostrado na figura 4.18. O valor do desarme por alta pressão é regulado diretamente na escala do pressostato de alta; o ponteiro 3 mostra esse valor. O rearme é manual por meio do botão 4. Alguns pressostatos de alta possuem o rearme automático, mas isso não é muito aconselhável, visto que se houve desarme por alta pressão, deve-se forçar o mecânico, técnico ou engenheiro a verificar o problema. O pressostato de baixa possui duas escalas, a de rearme (ponteiro 1) e a do diferencial (ponteiro 2). O pressostato de baixa não possui uma escala em que se regula diretamente o desarme como no pressostato de alta. O valor do desarme por baixa é a diferença entre o “valor regulado no rearme” e o “valor regulado no diferencial”.

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CAPÍTULO 4

Exemplo de regulagem de um PAB:

• Pressão de sucção do compressor de uma central de condicionamento de ar = 65 PSIg. • Pressão de descarga do compressor de uma central de condicionamento de ar = 250 PSIg. Valor do desarme regulado na escala do pressostato de alta (ponteiro 3) = 300 PSIg. Se a pressão de descarga do compressor atingir o valor de 300 PSIg, os contatos elétricos do pressostato irão se abrir, desligando, assim, o motor elétrico do compressor. Para regular um valor de 40 PSIg de desarme por baixa, pode-se regular (ponteiro 1) o rearme para 70 PSIg e um diferencial (ponteiro 2) para 30 PSIg (70 - 30 = 40). Se a pressão de sucção do compressor atingir o valor de 40 PSIg, os contatos elétricos do pressostato irão se abrir, desligando o motor elétrico do compressor. Se a pressão subir até 70 PSIg, os contatos elétricos do pressostato irão se fechar, ligando o motor elétrico do compressor. Além de monitorar as pressões de “sucção” e “descarga” do motocompressor de um equipamento, pode-se monitorar também a situação da lubrificação do óleo quando o compressor utiliza uma bomba de óleo. Os motocompressores herméticos (capítulo 3), independentemente do tamanho e da capacidade, e os compressores abertos de pequeno e médio portes possuem uma lubrificação do tipo “por salpico”, sem o uso de uma bomba de óleo. Já os compressores abertos de grande porte e os motocompressores semi-herméticos realizam lubrificação forçada com o uso de uma bomba de óleo. O fabricante do compressor deve ser consultado para saber o valor mínimo da pressão do óleo; a pressão do óleo deve ser superior ao valor mínimo para evitar travamento ou desgastes por deficiência de lubrificação. A “pressão do óleo” é a diferença entre a “pressão de descarga (HP)” e a “pressão de sucção (LP)” da bomba de óleo. Exemplo, se a pressão de sucção da bomba de óleo for 60 PSIg e a pressão de descarga desta for 110 PSIg, a pressão do óleo será igual a 50 PSIg. Com o uso de um pressostato de óleo, este desligará o motor elétrico do compressor caso a pressão do óleo atinja o valor mínimo recomendado pelo fabricante do compressor.


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Figura 4.20 – Esquema de uma bomba de óleo com o pressostato de óleo.

O pressostato de óleo contém um mecanismo temporizador, acionado pelo aquecimento (um resistor). Quando a pressão do óleo é igual ou menor que o valor regulado no pressostato (valor recomendado pelo fabricante), o mecanismo temporizador é acionado. Se a pressão normal de óleo não se normalizar dentro do período de atraso (ex.: 120 segundos), o temporizador fará com que os contatos que desligam o comando do motor elétrico do compressor se abram. O mecanismo temporizador dá à bomba de óleo tempo tanto para desenvolver a pressão normal de operação do óleo quando da partida como para normalizar a pressão do óleo se esta tiver sido interrompida temporariamente durante a operação normal do compressor. Na figura 4.21, vê-se que a diferença de pressão é medida por foles opostos. A pressão de descarga da bomba de óleo é “sentida” por um fole, enquanto a pressão de sucção é “sentida” pelo outro. Como já mencionado, a diferença é a pressão do óleo.

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CAPÍTULO 4

Figura 4.21 – Pressostato de óleo.

Figura 4.22 – Exemplo da ligação interna de um pressostato de óleo.


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Quando há deficiência de lubrificação, o pressostato de óleo não desliga o motor do compressor imediatamente. O pressostato liga o temporizador (resistor) que se aquece e, durante cerca de 120 segundos, por exemplo, se a pressão de óleo não se normalizar, aí, sim, um bimetálico que se aqueceu com o resistor irá empurrar os contatos que estavam mantendo o motor do compressor ligado, ou seja, os contatos se abrem porque o temporizador (resistor) permaneceu os 120 segundos energizado. Como a bomba de óleo succiona (puxa) o óleo do cárter do compressor e como o cárter dos compressores abertos e semi-herméticos é sucção, as pressões de sucção do compressor e da bomba de óleo são iguais. É incorreto afirmar tecnicamente que a pressão de descarga da bomba de óleo é a pressão do óleo. A pressão do óleo é um diferencial (DP).

• LP — Low pressure (baixa pressão). • HP — High pressure (alta pressão).

4.16 Termostatos Os termostatos eletrônicos ou termomecânicos têm a função de manter uma temperatura ambiente média preestabelecida, seja para refrigeração ou climatização (ar condicionado). Quando a temperatura no “bulbo sensor” atinge o valor mínimo, o termostato abre seus contatos elétricos desligando, assim, o contato do comando do motor elétrico do compressor, ou em alguns equipamentos de refrigeração (câmaras frigoríficas), em que o termostato não desliga diretamente o motor do compressor, desligando, sim, a válvula solenóide da linha de líquido, ocorrerão recolhimento do fluido refrigerante e redução da pressão de sucção. Com essa redução, o motor do compressor será desligado pelo pressostato de baixa. Havendo qualquer obstrução na linha de líquido, que é a linha que liga a saída do condensador ao dispositivo de expansão, ocorrerá desarme por baixa.

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CAPÍTULO 4

Figura 4.23 – Termostato termomecânico.

Um termostato termomecânico basicamente funciona em virtude da ação da pressão do gás que pressiona o diafragma (fole). A pressão do gás do bulbo sensor se eleva quando a temperatura do ar ambiente no bulbo sensor aumenta e, então, o contato móvel 1 (figura 4.24) encosta no contato fixo 2 e o contato móvel é movimentado pelo diafragma. A pressão do gás do bulbo sensor decresce quando a temperatura do ar ambiente no bulbo sensor também diminui e, então, o contato móvel 1 (figura 4.24) se afasta do contato fixo 2 (abrindo os contatos). Os termostatos são termomecânicos e o custo desses dispositivos é menor que o dos dispositivos eletrônicos, como o termostato da figura 4.25 e os “sensores eletrônicos” mostrados no final do capítulo 7. A vantagem de um controle digital consiste na maior precisão no liga/desliga; o circuito eletrônico contido no interior de um termostato digital (figura 4.25) recebe a informação da temperatura ambiente por meio de um sensor.


Figura 4.24 – Termostato termomecânico em corte.

Figura 4.25 – Termostato digital eletrônico.

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CAPÍTULO 5

Refrigeração Comercial

Este capítulo traz uma abordagem básica dos equipamentos da linha de refrigeração comercial, sendo extremamente importante a consulta dos catálogos técnicos dos fabricantes de evaporadores e unidades condensadoras. Esses catálogos mostram detalhes de instalação, dimensionamento de linhas de sucção e líquido, esquemas elétricos, seleção de VET, montagem dos tubos etc.

5.1 Câmaras Frigoríficas As câmaras são ambientes usados geralmente para armazenar grandes quantidades de alimentos ou produtos químicos, podendo ser denominadas grandes freezers. São muito utilizadas em supermercados, hotéis, restaurantes, açougues, indústrias etc. Conforme as necessidades, são fabricadas em alvenaria ou em painéis pré-moldados. Podem ser fixas ou desmontáveis (figura 5.2). De acordo com o produto, a estocagem e as temperaturas de conservação (armazenagem), a câmara pode possuir antecâmara ou cortina de ar; as temperaturas de conservação definirão se é uma câmara de resfriados ou uma câmara de congelados. O item 5.1.5 deste capítulo demonstra o funcionamento de um sistema atendendo a esses dois tipos de câmara.

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CAPÍTULO 5

As necessidades da antecâmara devem-se a dois fatores importantes:

• Evitar a entrada de calor externo conduzido pelo ar exterior. • Obter uma temperatura média entre as temperaturas da câmara e do ar externo.

Figura 5.1 – Câmara frigorífica ou câmara fria.

Figura 5.2 – Câmara frigorífica pré-moldada.


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Figura 5.3 – Circuito frigorígeno de uma câmara frigorífica.

5.1.1 Aproveitamento Total da Câmara Frigorífica A porta não pode ficar aberta Com a entrada e a saída de funcionários, a porta da câmara permanece aberta durante muito tempo. E há, também, aqueles que se esquecem de fechá-la. Deve-se respeitar a dimensão para armazenamento Alguns usuários colocam mais carga do que a capacidade permitida. O resultado pode ser desde produto estragado até danificação do equipamento. Além de dimensionar a câmara de acordo com a necessidade, é preciso respeitar o limite de armazenamento. Deve haver espaçamento entre os produtos Às vezes, para ganhar espaço, o usuário lota a câmara, esquecendo que os produtos não podem ficar encostados.

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CAPÍTULO 5

Deve-se utilizar prateleiras A organização do espaço interno da câmara pode significar economia, além de agilidade no serviço. Deve-se sempre verificar se os trincos estão funcionando bem Não basta encostar a porta; cheque se realmente está trancada. A gacheta (borracha da porta) tem que ter flexibilidade para preservar a vedação A câmara deve ser lavada e estar sempre seca O usuário brasileiro não tem o hábito de lavar a câmara e, quando o faz, não a seca corretamente. Não se deve misturar produtos Carnes devem estar separadas de frutas. Os produtos têm necessidades térmicas diferentes. Deve-se respeitar o objetivo inicial da câmara Uma instalação projetada para carne não pode ser utilizada para verduras.

5.1.2 Evaporadores Como visto no capítulo 1, o evaporador retira calor do ar interno e transfere-o para o fluido refrigerante. O fluido refrigerante recebe (retira) calor do ar que está no interior da câmara frigorífica e, com isso, os produtos ou alimentos serão resfriados ou congelados por estarem cedendo calor ao ar interno.

Figura 5.4 – Evaporador de teto.

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Figura 5.5 – Evaporador de parede.

Figura 5.6 – Evaporador de teto.

5.1.3 Unidades Condensadoras Unidade condensadora é um termo técnico para definir uma unidade que contém juntos o compressor e o condensador do circuito frigorígeno. As unidades condensadoras das figuras 5.7 e 5.8 possuem motocompressor hermético e são as mais adequadas para montagem em câmaras ou balcões frigoríficos. Existem unidades que possuem compressor aberto e, nesse caso, o motor elétrico move o compressor com o auxílio de uma correia. O número de defeitos nesse tipo de unidades, como folga na correia e vazamento no compressor, é muito superior ao dos motocompressores herméticos.

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CAPÍTULO 5

Figura 5.7 – Unidade condensadora.

Figura 5.8 – Principais componentes de uma unidade condensadora.

Figura 5.9 – Instalação incorreta.


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A instalação das unidades condensadoras deve ser feita em: • piso nivelado;

• ambiente limpo; • local onde não exista nada que possa comprometer a circulação do ar pelo condensador e com espaço suficiente para manutenção (consertos). Depois de definidos os equipamentos a serem utilizados, consulte os fabricantes destes quanto à demanda de carga térmica. Em relação aos compressores unitários, não em paralelos, existem disponíveis no mercado unidades condensadoras com compressores herméticos de ½ HP a 10 HP, com semi-hermético de ¾ HP a 12 HP. Há três faixas de temperaturas de evaporação na refrigeração comercial: • Baixa temperatura para congelados (-40°C a -20°C).

• Média temperatura para resfriados (-15°C a -10°C). • Alta temperatura para resfriados (-5°C a +2°C). As aplicações das unidades condensadoras estão divididas de acordo com o tipo do motocompressor: • Motocompressor hermético — Aplicado aos regimes de baixas, médias e altas temperaturas.

• Motocompressor semi-hermético — Aplicado aos regimes de congelados, médias e altas temperaturas. • Motocompressor hermético Scroll — Aplicados aos regimes de congelados, médias e altas temperaturas. Como visto anteriormente, a escolha do local de instalação das unidades condensadoras (figuras 5.10, 5.11 e 5.12) deve ser criteriosa, pois o local é um dos grandes responsáveis pelo funcionamento inadequado de uma instalação. O mecânico ou técnico em refrigeração é o responsável direto pela realização dessa análise. Sabe-se que toda energia retirada na forma de calor dos alimentos dentro das câmaras, dos balcões frigoríficos, dos freezers etc., adicionada ao calor injetado pelo compressor, será rejeitada no condensador. Para que essa rejeição (eliminação) de calor ocorra bem é indispensável o espaço para a ventilação, entrada e saída de ar com qualidade e quantidade suficientes para que o condensador consiga executar essa troca de calor.

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CAPÍTULO 5

Figura 5.10 – Instalação correta com o auxílio de um motoventilador.

Figura 5.11 – Instalação correta com o auxílio de um motoventilador.

Figura 5.12 – Instalação correta.

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5.1.4 Tubulações É fundamental que o técnico em refrigeração esteja ciente de que todo motocompressor envia óleo e fluido refrigerante para o circuito. Essa quantidade de óleo variará em função das condições de trabalho do motocompressor, porém o retorno desse óleo para o motocompressor é de inteira responsabilidade do projeto da instalação. Diâmetros de tubulações muito grandes provocam velocidades baixas e acúmulo de óleo nas linhas. Diâmetros de tubulações muito pequenos geram altas velocidades, provocando ruídos, possíveis desgastes prematuros em sedes de válvulas, vibrações excessivas e perda de potência no compressor. O mecânico ou técnico deve praticar as soldas dos tubos com um fluxo de nitrogênio ou outro gás inerte não inflamável, a fim de expulsar o oxigênio do interior da tubulação, evitando a formação de óxido cuproso, que é um sério contaminante do sistema. Para a limpeza dos tubos, pode ser utilizado o mesmo fluido refrigerante do equipamento (capítulo 10). Para assegurar uma boa distribuição do fluido refrigerante líquido nos evaporadores e evitar o retorno do líquido ao motocompressor é necessário, além do selecionamento correto da VET, utilizar o recurso do prolongamento da tubulação com o sifão invertido, que impedirá a ida do líquido para o motocompressor.

Figura 5.13

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CAPÍTULO 5

Quando o evaporador ou evaporadores estiver(em) localizado(s) acima do motocompressor, um sifão invertido deverá ser usado a fim de evitar a migração de fluido refrigerante líquido ao motocompressor nos momentos de parada. A utilização de um acumulador de sucção é viável nessas situações.

Figura 5.14

Nas tubulações de descargas verticais para cima (figura 5.15), também deve ser previsto o sifão invertido, para evitar o escorrimento de óleo ou líquido condensado sobre o cabeçote do motocompressor, pois este não dará partida inundado de óleo e fluido. Outro recurso é o uso da válvula de retenção na descarga, cujo funcionamento foi descrito no capítulo 4. Todos os detalhes do item 5.1.4 sobre instalações de tubulações não se resumem apenas aos equipamentos de refrigeração, podendo-se usar essas recomendações também em equipamentos de climatização (ar-condicionado) que serão vistos no capítulo 6.

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Figura 5.15

O diâmetro das conexões das unidades condensadoras e dos evaporadores não poderá servir de parâmetro para o selecionamento dos diâmetros do restante do circuito frigorígeno. Para o selecionamento correto das tubulações, deve-se seguir as tabelas de fabricantes conhecidos, como Danfos e McQuay. Algumas dessas tabelas estão anexas no final do livro. Em instalações onde o motocompressor está posicionado acima do evaporador (figura 5.17) é necessária a instalação do sifão a cada 3 metros, com o objetivo de auxiliar o arraste do óleo de volta ao motocompressor. Veja na figura 5.16 que o sifão promove o arraste do óleo mediante a redução do diâmetro do tubo provocada pela presença do óleo; com isso, a velocidade do fluido refrigerante no sifão aumentará, provocando o arraste do óleo.

Figura 5.16

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CAPÍTULO 5

Figura 5.17

Nas instalações que funcionam com temperatura de evaporação abaixo de -15EC, faz-se necessária a instalação de um separador de óleo na descarga do motocompressor, isto porque a miscibilidade do fluido refrigerante com o óleo diminui consideravelmente com a queda da temperatura.

Figura 5.18


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5.1.5 Exemplo do Funcionamento de uma Câmara Frigorífica A figura 5.19 representa um sistema de refrigeração composto de câmara de congelados e câmara de resfriados com componentes da marca Danfos. Há o evaporador da câmara de resfriados B, um motocompressor C, um condensador D e um tanque de líquido E. O fluido refrigerante chega às válvulas de expansão termostáticas TE, passando pelo filtro secador DX e o visor de líquido com indicador de umidade SGI. Antes de cada válvula de expansão termostática TE, encontram-se as válvulas solenóide EVR, controladas pelos termostatos KP 61. Os termostatos controlam a abertura e o fechamento das válvulas solenóides, de acordo com a temperatura no sensor F do termostato, montado em cada câmara frigorífica. Uma válvula de retenção NVR está montada na linha de sucção do evaporador da câmara de congelados A. Essa válvula evita o retorno de fluido refrigerante para o evaporador da câmara de congelados durante os períodos de parada do motocompressor. Um regulador de pressão KVP está montado na linha de sucção do evaporador da câmara de resfriados. O regulador KVP mantém uma pressão de evaporação constante, correspondente à temperatura requerida na câmara de resfriados. O capítulo 13 apresentará essa relação quando se mencionar a carga de fluido numa câmara frigorífica. O regulador de pressão e sucção KVL, montado antes do motocompressor, protege o seu motor contra sobrecargas que podem ocorrer durante as partidas. O pressostato de óleo MP promove a parada do motocompressor se a pressão do óleo atingir um valor abaixo do especificado neste. O capítulo 4 demonstrou detalhadamente o funcionamento de um pressostato de óleo. O PAB KP 15 protege o motocompressor quando as pressões de sucção e descarga estiverem fora dos valores recomendados pelo fabricante do motocompressor. O capítulo 4 apresentou o funcionamento e a regulagem de um PAB. É importante que, sob quaisquer condições, haja pressão suficiente na linha de líquido (linha que liga o condensador às VETs) para alimentar as válvulas de expansão. Para manter tal pressão, essa instalação ilustrada na figura 5.19 possui um regulador de pressão de condensação KVR e uma válvula de pressão diferencial NRD. Além dos acessórios mostrados no capítulo 4, serão citados outros como as válvulas KVP, KVL, NRD e KVR.

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CAPÍTULO 5

Figura 5.19

De acordo com a figura 5.19, se o diferencial dos evaporadores DT for igual a 6°C, o fluido refrigerante terá uma temperatura de evaporação na câmara de resfriados igual a -1°C, em virtude de a temperatura interna ser +5°C. E a temperatura de evaporação na câmara de congelados será -26°C, em virtude de a temperatura interna ser -20°C. A figura 5.20 ilustra outro circuito frigorígeno de uma câmara fria, onde: VR — Válvula de retenção S-10 — Válvula de segurança FD/ST — Filtro secador RD/TRF — Registro TADX — Válvula de expansão Termostática com equalização externa LS — Acumulador de sucção PO – Pressostato de óleo D – Distribuidor de líquido

VAT — Válvula tanque EVS — Válvula solenóide VU — Visor de líquido com indicador de umidade IC — Intercambiador de calor TF — Termostato

SO — Separador de óleo VSE – Válvula de serviço PAB — Pressostato de alta e baixa


Figura 5.20 – Circuito frigorígeno de uma câmara fria.

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CAPÍTULO 5

5.1.6 Unidades Plug-In As unidades do tipo plug-in reúnem o evaporador, o compressor, o dispositivo de expansão e o condensador juntos dentro do gabinete da unidade, ou seja, é um circuito frigorígeno completo pré-montado e ajustado, necessitando apenas de uma abertura em uma das paredes laterais da câmara frigorífica e da instalação de alimentação elétrica; os controles de temperatura, de degelo (descongelamento) e pressões também já estão contidos no plug-in.

Figura 5.21 – Plug-in.

Figura 5.22 – Vista laretal do plug-in instalado.

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Figura 5.23 – Plug-in instalado.

5.1.7 Controles Digitais As câmaras e balcões frigoríficos podem ter uma maior precisão no controle da temperatura, da umidade e do descongelamento (degelo) dos evaporadores de congelados. A figura 5.24, por exemplo, mostra dois modelos de controladores de temperatura e umidade.

Figura 5.24 – Controladores digitais.

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CAPÍTULO 5

5.2 Balcões e Expositores Frigoríficos Os balcões e expositores frigoríficos podem ser independentes e usar uma unidade condensadora como a apresentada na figura 5.26 ou pertencer a um sistema de balcões chamado “ilhas”. Os balcões e expositores independentes são mais encontrados em pequenos estabelecimentos comerciais, já as “ilhas” são um conceito de sistema de refrigeração utilizado em um grande supermercado. Nos grandes supermercados, há uma central de refrigeração (figura 5.27) que coleta o fluido refrigerante vapor do evaporador de todos os balcões e expositores e envia o fluido refrigerante líquido dos condensadores da central para todos os dispositivos de expansão dos balcões e expositores. Nesse tipo de sistema quem retira calor dos alimentos é o próprio fluido refrigerante. Existem outros sistemas de refrigeração para supermercados, em que o evaporador do circuito frigorígeno da central de refrigeração resfria um “fluido” e este é bombeado para as serpentinas dos balcões e expositores. Nesse caso quem retira calor dos alimentos nos balcões e expositores é o “fluido” (etilenoglicol), que cede calor ao fluido refrigerante que está no evaporador da central de refrigeração.

Figura 5.25 – Balcão frigorífico.

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Figura 5.27 – Grupo de motocompressores de uma central de refrigeração.

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CAPÍTULO 5

Figura 5.28 – Expositor frigorífico.

Figura 5.29 – Balcão frigorífico.

5.3 Racks com Compressores em Paralelo Em grandes sistemas de refrigeração comercial, o termo "Rack" é muito comum e faz referência a um grupo de compressores de um sistema de Congelados ou de Resfriados. As figuras a seguir mostram modelos de Racks utilizados em grandes instalações de Hipermercados e Supermercados.


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Figura 5.30 – Racks com Compressores em Paralelo.



5.4 Fabricador de Gelo Comercial Existem vários tipos, tamanhos e modelos de fabricadores de gelo, que são basicamente alimentados com água. O controle dessa água de entrada é feito por uma válvula solenóide e essa água é bombeada para a parte externa do evaporador, com o objetivo de gerar os cubos de gelo (figura 5.31). O fabricador mostrado na figura 5.30 é popularmente chamado de “DropsGelo”, sendo muito utilizado em restaurantes, bares, supermercados etc.

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CAPÍTULO 5

Figura 5.33 – Fabricador de gelo comercial.

Figura 5.34 – Detalhes do evaporador e dos cubos de gelo.

CAPÍTULO 6

Condicionadores de Ar

Este capítulo enfocará condicionadores de ar comerciais, sendo extremamente importante a consulta dos catálogos técnicos dos fabricantes desses aparelhos. Esses catálogos apresentam detalhes de instalação, dimensionamento de linhas de sucção, descarga e líquido, esquemas elétricos, montagem dos tubos etc. Condicionar significa impor condições. Um aparelho pode determinar as condições do ar de um respectivo ambiente, como resfriamento ou aquecimento, desumidificação ou umidificação, filtragem etc. Esse “ar” é um ar condicionado e o aparelho é o condicionador de ar. O condicionador de ar que é instalado em paredes ou janelas não será tratado nesse livro, e, sim, no livro Refrigeração e climatização residencial.

6.1 Condicionador de Ar — Self Contained Um modelo de condicionador de ar central do tipo Self Contained é apresentado na figura 6.1. O Self pode climatizar um ou mais ambientes, como é o caso do Self da figura 6.1. Este possui uma caixa plenum que insufla o ar condicionado diretamente no ambiente. A figura 6.3 mostra um desenho em vista lateral de um Self com condensação a ar incorporado.

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CAPÍTULO 6

Caixa plenum

Condensador incorporado

Figura 6.1

Figura 6.2 – Rede de dutos para distribuição do ar condicionado.

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Figura 6.3

Self Contained (auto-suficiente) é um aparelho compacto preparado para condicionar o ar, isto é, filtrar, aquecer, refrigerar, umidificar ou desumidificar o ar. Os condicionadores de ar do tipo Self Contained podem ser fornecidos com condensadores resfriados a ar ou com condensação a água. Atendem, pois, a uma ampla gama de possibilidades de aplicação: instalação em lojas, restaurante, centros de computação de dados, em edifícios industriais, em bancos, em grandes residências etc. Podem também completar sistemas centrais de ar-condicionado. O condicionador de ar do tipo Self Contained, com condensação de ar, utiliza ventilador centrífugo (figura 6.4) para movimentar o ar entre as aletas do condensador. O ar exterior do ambiente, ao passar entre as aletas do condensador, retira o calor do fluido refrigerante no estado de vapor. Este se condensa, passando do estado de vapor para o líquido.

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CAPÍTULO 6

Figura 6.4 – Self Contained com condensação a ar incorporada.

Os condicionadores de ar do tipo Self Contained podem ser instalados diretamente no recinto a receber o ar condicionado. O insuflamento de ar pode ser feito mediante o uso da caixa plenum. A caixa plenum (figura 6.1) é indicada quando o aparelho é instalado no ambiente a ser condicionado, proporcionando insuflamento direto do ar. Na caixa plenum encontra-se instalado o conjunto de aquecimento, mas este só deve ser utilizado nos casos em que é preciso reduzir o índice de umidade relativa do ar ou simplesmente aquecer o ambiente.

Figura 6.5 – Ventilador centrífugo ou conjunto de ventilação.

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O condicionador de ar do tipo Self Contained, com condensação a água, precisa de uma torre para resfriá-la. Essa água, ao passar pelo condensador, retira o calor do fluido refrigerante. O fluido refrigerante, ao perder calor para a água, condensa-se e muda o seu estado de vapor para o estado líquido. A água que sai do condensador, aquecida, é movimentada (bombeada) até a torre de resfriamento por uma bomba, para liberar o calor retirado do fluido refrigerante para o ar atmosférico. Os condensadores a água podem ser do tipo Shell & Tube (Carcaça e Tubo), Placas ou Tubo e Tubo. Esses condensadores foram apresentados no capítulo 3.

Figura 6.6 – Self Contained.

A figura 6.7 e a figura 6.8 demonstram os cuidados e detalhes de uma instalação de um Self Contained com condensação a ar remota. É indispensável consultar os catálogos técnicos dos fabricantes para verificar as distâncias máximas de instalação.

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CAPÍTULO 6

Figura 6.7 – Instalação de um Self Contained com condensação a ar remota.

Atenção: Nos condicionadores de ar do tipo Self Contained, o motocompressor está junto do evaporador na unidade evaporadora. Veremos no item 6.2 que o condicionador de ar que possui o motocompressor na unidade condensadora é o Split System.


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Figura 6.8 – Instalação de um Self Contained com condensação a ar remota.

A figura 6.9 representa um Self com um único circuito frigorígeno internamente no gabinete. Na figura 6.10 estão representados dois circuitos frigorígenos independentes que ficam juntos dentro de um único gabinete do Self Contained.

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CAPÍTULO 6

Figura 6.9 – Circuito frigorígeno de um Self de 5 TR.

Figura 6.10 – Circuitos frigorígenos de um Self de 15 TR.


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6.2 Condicionador de Ar – Separado ou Split System Split system significa “sistema separado”, mas um condicionador de ar só é classificado de Split pelos fabricantes quando há uma unidade condensadora. Como visto em refrigeração comercial (capítulo 5), o conceito “unidade condensadora” é um termo técnico para definir uma unidade que contém juntos o compressor e o condensador do circuito frigorígeno. Então, um condicionador de ar, mesmo tendo separados o evaporador e o condensador, só poderá ser chamado de Split se o equipamento possuir, independentemente da capacidade térmica (BTU/h ou TR), uma unidade condensadora. A figura 6.11 mostra uma unidade interna, que contém o evaporador e um motoventilador, e uma unidade externa, que é a unidade condensadora. O dispositivo de expansão poderá estar na unidade interna ou na unidade condensadora, dependendo do modelo do Split, pois a instalação do dispositivo de expansão ainda na unidade condensadora evita o barulho da expansão do fluido refrigerante líquido no evaporador da unidade interna, o que poderia provocar reclamações dos usuários. As figuras 6.12, 6.13 e 6.14 mostram os detalhes básicos para a instalação de um Split quando a unidade condensadora está acima da unidade evaporadora e vice-versa. Quando a unidade evaporadora está acima da unidade condensadora (figura 6.13), deve-se colocar um sifão invertido (sifão bengala) na linha de sucção, pois, quando o motocompressor parar, o fluido refrigerante líquido do evaporador não irá em direção à sucção do motocompressor, evitando-se, dessa forma, que este volte a funcionar inundado de líquido. Como visto no item 5.14, é aconselhável a instalação do sifão a cada 3 metros de desnível entre as unidades. Em instalações onde o motocompressor está instalado acima do evaporador (figura 6.15), é necessária a instalação do sifão a cada 3 metros, com o objetivo de auxiliar o arraste do óleo de volta ao motocompressor. Quem realizará o arraste do óleo será o próprio fluido refrigerante do circuito frigorígeno do Split. Observe na figura 6.14 que o sifão promove o arraste do óleo mediante a redução do diâmetro do tubo provocada pela presença do óleo. Com isso, a velocidade do fluido refrigerante no sifão aumentará, provocando o arraste do óleo.

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CAPÍTULO 6

Figura 6.11 – Unidades evaporadora e condensadora de um Split.


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É indispensável a consulta aos fabricantes dos Splits para verificar a distância (comprimento) e o desnível máximo em que se deve instalar as unidades. Se o comprimento e/ou desnível forem ultrapassados, o Split terá seu funcionamento e retorno de óleo para o motocompressor comprometidos. Quanto aos dispositivos de expansão, a maioria dos Splits de até 24.000 BTU/h utiliza o tubo capilar. A partir de 30.000 BTU/h, a expansão nos Splits de médio porte é realizada por meio de um dispositivo chamado piston, ou “pistão”. Esse sistema com pistão, conforme a figura 6.17, contém uma pequena peça com orifício calibrado fixo, de fácil remoção, no interior de um nipple, para conexão porca-flange 3/8² na linha de líquido. Nos Splits de grande porte, usa-se a VET. Esse é o dispositivo de expansão mais preciso, cujo funcionamento foi descrito no item 3.4. Os Splits de grande porte podem ser chamados de “Splits de alta capacidade” ou “Splitões”, os quais trabalham com rede de dutos.

Figura 6.12 – Instalação das unidades evaporadora e condensadora.

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CAPÍTULO 6

Nas regiões onde a temperatura externa é muito baixa, os Splits são dotados de circuito frigorígeno reverso, há uma válvula reversora que inverte o sentido do fluxo do fluido refrigerante, o evaporador passa a ser o condensador e vice-versa (figura 6.19). A evacuação de um Self Contained ou de um Split é padrão a todos os equipamentos de climatização ou refrigeração. Deve-se seguir as recomendações do capítulo 12.

Figura 6.13 – Instalação do sifão invertido.

Os procedimentos para a carga de fluido refrigerante em um Self Contained estão descritos no capítulo 13 e podem ser adotados também para Splits. Um bom mecânico ou técnico em refrigeração e climatização necessita de conhecimentos de eletricidade e eletrônica. Esses conhecimentos devem ser aliados às orientações técnicas contidas nos manuais dos equipamentos, e, se houver dúvidas, deve-se contatar as empresas credenciadas ou o departamento de engenharia dos fabricantes. É impossível tratar neste livro do universo de equipamentos de climatização ou refrigeração, mas desse assunto foi abordada uma base

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Figura 6.14 – Sifão.

mínima necessária para que o profissional comece a pesquisar e aprenda o que é tecnicamente correto, não se tornando mais um dentre os inúmeros profissionais irresponsáveis que colocam, por exemplo, para funcionar, Splits com as chamadas “gambiarras” em instalações de péssima qualidade.

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CAPÍTULO 6

Figura 6.15 – Instalação do sifão na sucção.

Figura 6.16

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Figura 6.17 – Pistão.

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CAPÍTULO 6

Figura 6.18 – Circuito de um Split com ciclo reverso.

Figura 6.19 – Circuito de um Split com ciclo frio sem válvula reversora.


Seguem algumas amostras de unidades evaporadoras de Splits.

Figura 6.20 – Unidades evaporadoras para parede ou teto com controle remoto sem fio.

Figura 6.21 – Unidade evaporadora apenas para parede.

Figura 6.22 – Unidade evaporadora para embutir no forro.

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CAPÍTULO 6

Figura 6.23 – Unidade evaporadora Slim.

Seguem algumas amostras de unidades condensadoras de Splits.


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Figura 6.26 – Unidade condensadora com saída de ar vertical (por cima).

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CAPÍTULO 6


Exemplo de um controle remoto sem fio.

Figura 6.28 – Controle remoto sem fio.

CAPÍTULO 7

Sistema de Água Gelada

Este capítulo apresenta os princípios básicos do resfriador de líquido mais comumente denominado Chiller. Este texto foi redigido com base em materiais de treinamento da Springer Carrier e explica as diferenças entre o sistema de expansão direta (DX) visto no capítulo 6 e o sistema de água gelada, bem como as características de um resfriador de água gelada.

7.1 O Resfriador de Água ou Líquido (Water Chiller) O Chiller é uma máquina que sai de fábrica pronta para operar e que utiliza um circuito frigorígeno (ciclo de refrigeração mecânica) para produzir água gelada ou salmora (brine). O resfriador é o coração de qualquer sistema de condicionamento de ar, uma vez que cumpre uma função essencial entre a captação e a rejeição do calor da edificação (figura 7.1).

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CAPÍTULO 7

Figura 7.1 – Chiller.

7.2 O Sistema de Expansão Direta (DX) A figura 7.2 mostra um sistema típico de condicionamento de ar. Uma unidade evaporadora de expansão direta supre ar frio para absorver o calor que entra no espaço a ser condicionado. O calor absorvido é, então, transportado pelo ar de retorno a uma serpentina na unidade. Em sistemas de menor capacidade, essa serpentina é o evaporador de um ciclo mecânico de refrigeração conhecido como evaporador de expansão direta (DX). Essa denominação associa-se ao fato de o refrigerante líquido evaporar na serpentina e absorver calor diretamente do ar que passa por ela. O restante do circuito frigorígeno ou ciclo de refrigeração (compressor e condensador) é usualmente localizado separado do evaporador. O compressor e o condensador (chamado de unidade condensadora) são conectados ao evaporador por uma tubulação instalada em campo.


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Figura 7.2 – Sistema de condicionamento típico.

À medida que o número de unidades evaporadoras servidas por uma mesma unidade condensadora aumenta (figura 7.3), surgem dois problemas que tornam o sistema de expansão direta menos atrativo. São eles:

• Controle da capacidade do sistema em cargas parciais. • Retorno de óleo para o compressor.

Figura 7.3 – Sistema de expansão direta com múltiplos evaporadores.

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CAPÍTULO 7

Uma vez que a carga térmica em cada unidade evaporadora não terá seu pico ao mesmo tempo, o sistema de expansão direta terá dificultada a distribuição da capacidade de refrigeração de forma que uma temperatura constante do ar de insuflamento seja mantida em cada serpentina. Além disso, à medida que a capacidade de refrigeração se reduz, a velocidade do fluido refrigerante através da serpentina e da tubulação também diminui, acarretando problemas de retorno de óleo. Um grande sistema de expansão direta irá necessitar de um complexo e oneroso sistema para assegurar uma operação eficiente e estável.

7.3 O Sistema de Água Gelada Para eliminar os problemas crescentes do circuito frigorígeno (sistema de refrigeração), quando do aumento do número de evaporadores, foi desenvolvido o sistema de água gelada (figura 7.4). Todas as serpentinas evaporadoras dispersas nas várias unidades evaporadoras são consolidadas em um dispositivo – um resfriador (cooler). O resfriador é, então, uma parte da unidade condensadora formando um “resfriador de líquido”. O circuito frigorígeno (sistema de refrigeração) fica, então, centralizado. O evaporador (resfriador) produz água gelada que, por sua vez, é circulada pelas bombas de água gelada aos Fan Coils.

Figura 7.4

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Ambos os problemas de expansão direta foram resolvidos. A capacidade em cada Fan Coil é facilmente ajustada, estrangulando ou desviando o fluxo de água gelada para a serpentina. O resfriador de líquido, por sua vez, carrega ou descarrega em resposta à carga do bloco ou à carga mista que percebe estar retornando dos Fan Coils. Já que o sistema de refrigeração (circuito frigorígeno) é consolidado e centralizado, problemas de retorno de óleo são isolados e controlados pelo projeto do equipamento. O retorno de óleo torna-se mais simples e mais fácil de se prognosticar. Uma vantagem adicional do sistema de água gelada é o uso de tubulações de ferro ou plástico PVC especial, mais baratas, em vez de cobre. Além disso, vazamentos de água são mais fáceis de detectar e consertar que vazamentos de fluido refrigerante, caso venham ocorrer. Assim, o Chiller (figuras 7.1 e 7.5) consiste em um resfriador, um condensador resfriado a água, um compressor alternativo, dispositivos de segurança, acessórios de ciclo de refrigeração e chaves de partida. Uma torre de arrefecimento é geralmente usada com esse tipo de resfriamento para rejeitar o calor absorvido para o meio externo.

Figura 7.5

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CAPÍTULO 7

7.4 O Resfriador Dividido Em algumas áreas, a água pode ser escassa ou não disponível, ou os proprietários podem preferir não se envolver com o tratamento de água e o custo de manutenção das torres de resfriamento. Essas situações ensejam o uso de um condensador refrigerado a ar. Neste caso, o resfriador de líquido alternativo pode ser adquirido sem o condensador normal. Esse Chiller sem condensador é, então, conectado a um condensador remoto refrigerado a ar (figura 7.6), com linhas de descarga (vapor quente) e de líquido instaladas no campo. A parte resfriadora desse sistema dividido normalmente se localiza internamente ao prédio onde as tarefas de manutenção podem ser mais facilmente executadas, independendo das condições de tempo externas.

Figura 7.6

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7.5 O Resfriador Refrigerado a Ar (Condensação a Ar) Em áreas que impõem o uso de condensadores resfriados (refrigerados) a ar, os custos de instalação podem ser oportunamente reduzidos pelo uso de resfriadores de líquido compactos a ar (figura 7.7). Este Chiller combina o Chiller sem condensador com um condensador refrigerado a ar, em uma unidade para localização no teto ou outra no exterior do prédio. São necessárias apenas conexões de água gelada e energia elétrica para completar a instalação.

Figura 7.7

7.6 Circuito Frigorígeno do Chiller (o Ciclo de Refrigeração) O interior de um Chiller (resfriador de líquido) com condensação a água (resfriado a água) será apresentado para demonstrar como o circuito frigorígeno (sistema de refrigeração) absorve e rejeita calor do sistema (figura 7.8). A água gelada retornando do Fan Coil entra no cooler (evaporador) (1). À medida que a água faz um vai-e-vem ao longo

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CAPÍTULO 7

do evapora dor, o calor dos tubos vai sendo entregue ao fluido refrigerante líquido mais frio (à baixa temperatura) que circula dentro dos tubos. Uma mistura de fluido refrigerante líquido frio e fluido evaporado (flash gás) (2) entra nos tubos do evaporador (resfriador). À medida que essa mistura passa através dos tubos, o fluido refrigerante líquido transforma-se em vapor (3), absorvendo calor da água. O fluido refrigerante evaporado sai do evaporador (resfriador ou cooler) (4) superaquecido por absorver uma parcela adicional de calor da água. O fluido refrigerante no estado “vapor” frio superaquecido entra pela sucção do compressor em (5). No compressor (6), o fluido refrigerante “vapor” é comprimido, elevando sua temperatura e pressão para as condições de descarga. O fluido refrigerante vapor quente deixa, então, o compressor (7), passa pela linha de descarga e pela mufla e entra no condensador (8). No condensador (sub-resfriador) (9), o fluido refrigerante “vapor” quente se condensa para o estado líquido à medida que cede calor para a água mais fria que passa dentro dos tubos.

Figura 7.8


129

O fluido refrigerante líquido condensado entra, então, no condensador (10). No condensador, o fluido refrigerante é resfriado abaixo da temperatura do líquido saturado (11), uma vez que cede calor para a água circulando em contrafluxo dentro dos tubos. A água mais fria é admitida no condensador no intuito de subresfriá-la ao máximo. O sub-resfriamento ocorre tipicamente por volta de 8ºC. O fluido refrigerante líquido sub-resfriado deixa o condensador, passa através de um filtro secador e um visor de líquido com indicador de umidade e entra na válvula de expansão termostática com equalizador externo (12). Enquanto o fluido refrigerante líquido sub-resfriado passa através da válvula de expansão termostática, ele cai para a temperatura e a pressão de evaporação. Ao fazê-lo, um pouco de líquido evapora instantaneamente para vapor (flash gás). O bulbo de controle (13) da válvula de expansão termostática modula a quantidade de refrigerante que entra no evaporador no intuito de manter um valor predeterminado de superaquecimento – normalmente de 7ºC a 9ºC. Após passar pela válvula de expansão termostática, o líquido e o vapor evaporado entram nos tubos do evaporador e o ciclo se repete. A figura 7.9 mostra como o circuito frigorígeno (sistema de refrigeração) apareceria em um diagrama PH. Os números dentro dos círculos correspondem aos mostrados na figura 7.8. O ciclo é caracterizado pela condição do vapor entrando no compressor (5). Este ponto está adequadamente na região de superaquecimen to para prevenir a entrada de fluido refrigerante líquido nos cilindros do compressor. O compressor do tipo alternativo é um dispositivo de deslocamento positivo e uma possível avaria nas válvulas, no pistão ou no cabeçote poderia ocorrer se o fluido refrigerante líquido entrasse no cilindro durante o curso de compressão. O ponto (12) também indica que o fluido refrigerante que entra na válvula de expansão termostática deve estar apropriadamente na região de líquido saturado, de forma a assegurar o funcionamento adequado da válvula. Essa condição é assegurada se a perda de carga (pressão) devida aos acessórios não exceder a margem de segurança proporcionada pelo sub-resfriamento.

130

CAPÍTULO 7

Figura 7.9

7.7 Componentes do Resfriador 7.7.1 Compressor O principal componente de um resfriador de líquido é o compressor. Resfriadores com compressores do tipo alternativo usam habitualmente um compressor do tipo semi-hermético (figuras 7.10 e 7.11) variando entre 4 e 6 cilindros. É importante que os compressores sejam equipados com aquecedores de cárter (7) para prevenir a absorção de fluido refrigerante líquido pelo óleo durante a parada. O motor é refrigerado pelo vapor de sucção que vem do evaporador, e todas as partes são lubrificadas por bomba de óleo acionada pelo eixo de manivelas (1). Adicionalmente, o compressor é protegido contra alta pressão de descarga (9) e alta temperatura do vapor de descarga (10).

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Figura 7.10

Figura 7.11

Os resfriadores de líquido (Chillers) são equipados também com compressores do tipo parafusos ou Scroll, aumentando a eficiência térmica e diminuindo o consumo elétrico. O capítulo 3 apresentou mais detalhes desses tipos de compressores.

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CAPÍTULO 7

Figura 7.12 – Compressor parafuso em corte.

Figura 7.13 – Chiller equipado com quatro compressores Scroll.

7.7.2 Evaporador (Cooler ou Resfriador) Os evaporadores usados são do tipo expansão seca, onde o fluido refrigerante líquido evapora dentro dos tubos enquanto a água ou salmoura a ser resfriada é circulada dentro da carcaça, em contato com a parte externa dos tubos.

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Figura 7.14

A figura 7.14 mostra o espelho dos tubos do evaporador, os tubos e o arranjo das chicanas. Os tubos de cobre de superfície lisa são mecanicamente expandidos contra os espelhos em ambas as extremidades para prover um selo entre os lados do refrigerante e da água do trocador. Os fabricantes oferecem também tubos de resfriador com aletamento interno para aumentar a transferência de calor. Os tubos são substituíveis por ambos os lados do evaporador e também removíveis, permitindo acesso para inspeção dos tubos. Os tubos atravessam determinados números de chicanas que são usualmente feitas em algum tipo de polipropileno. As chicanas direcionam a água para a frente e para cima e para baixo, à medida que esta se desloca através da carcaça de uma a outra extremidade. Isto proporciona uma situação ideal de transferência de calor. Tanto a velocidade como a perda de carga de água variam com o espaçamento menor das chicanas. Geralmente as perdas de carga maiores que 15 PSI (» 1 kg/cm2) são consideradas muito altas. Velocidades da água maiores que 3 FPS (» 0,9 m/s) resultarão em perdas de carga maiores que 17 PSIg (» 1,2 kg/cm2). Portanto, normalmente são usadas velocidades de 0,5 m/s a 0,8 m/s.

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CAPÍTULO 7

Externamente, o evaporador configura-se como mostra a figura 7.15. Conexões com flanges de entrada e saída de água estão situadas na parte superior da carcaça. As tubulações de água gelada do sistema devem ser conectadas a esses flanges. Todas as superfícies externas do evaporador são cobertas com uma barreira de vapor e uma isolação de ¾², com células fechadas para impedir a condensação de umidade em condições de ambiente úmido. O evaporador mostrado na figura 7.8 contém dois circuitos de refrigerante distintos. Isto fica evidenciado pelas duas conexões menores da linha de líquido e pelas maiores da linha de sucção. O fluido refrigerante circulando através dos tubos contém também óleo retornando ao compressor. À carga parcial, quando a velocidade do fluido refrigerante diminui, um circuito de refrigerante do evaporador é desativado. Isto aumenta a velocidade do fluido refrigerante através do circuito ativo remanescente e assegura que o óleo retorne ao compressor.

Figura 7.15

135


7.7.3 Condensador Os condensadores (Figura 7.16) são do tipo Carcaça e Tubo (Shell & Tube), com um condensador para cada circuito de refrigerante da máquina.

Figura 7.16

O fluido refrigerante vapor quente (figura 7.17) que sai do compressor condensa no exterior dos tubos enquanto a água está circulando internamente neles. Tubos de cobre com aletamento externo são expandidos mecanicamente nos espelhos, em ambas as extremidades, para proporcionar um selo entre os lados do refrigerante e da água do trocador. Os tubos são substituíveis ou limpáveis por ambos os lados do condensador, removendo-se as tampas aparafusadas. Ao contrário do evaporador, o condensador é usado em um circuito aberto de água com uma torre de resfriamento. Conseqüentemente, o interior dos tubos é continuamente sujeito à formação de incrustações que devem ser periodicamente removidas por escovação. A água que sai do condensador é bombeada para a torre de resfriamento (figura 7.18). Na torre, a água perde calor para o ar externo e novamente retorna (entrada por baixo) ao condensador para retirar calor do fluido refrigerante “vapor”, para que este se transforme em líquido, indo para a VET. O circuito de circulação da “água de condensação” está mais bem demonstrado na figura 7.19. O uso de defletores nas tampas do condensador permite que a água realize até oito passes dentro dos tubos. Quanto maior o número de passes (figura 7.17), tanto maiores serão a velocidade e a perda de carga da água e mais bem realizada será a troca de calor. Como no cooler, as perdas de carga acima de 1 kg/cm2 (15 PSI) são consideradas muito altas.

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CAPÍTULO 7

Figura 7.17

Figura 7.18 – Modelos típicos de torre de resfriamento.

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As velocidades da água são mantidas entre 0,9 m/s e 3,7 m/s para minimizar a perda de carga e erosão dos tubos em virtude de partículas dispersas na água. Quando mais de um condensador é usado em um Chiller, as conexões de água são em paralelo. Uma conexão acessória (figura 7.20) pode ser comprada do fabricante para permitir essa conexão paralela de condensadores e conexões singulares de entrada e de saída para o sistema de tubulações externas.

Figura 7.19 – Chiller – condensação a água.

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CAPÍTULO 7

Figura 7.20

7.7.4 Acessórios e VET Cada circuito frigorígeno é equipado com uma válvula de expansão termostática (VET), um visor de líquido, uma válvula solenóide e um filtro secador. Esses componentes acessórios estão localizados nas linhas de líquido (figura 7.21). À medida que a máquina vai “descarregando”, a quantidade de refrigerante fluindo pelo sistema e sua velocidade diminuem. Isto ocasiona problemas relacionados à estabilidade da válvula de expansão termostática e ao retorno de óleo. A um ponto apropriado da carga parcial, os controles desativam metade da superfície do evaporador pelo fechamento de uma válvula solenóide. Na metade ativa remanescente do evaporador, a velocidade é aumentada e a válvula de expansão termostática é carregada para dentro do seu regime estável.

139


Figura 7.21

Figura 7.22

140

CAPÍTULO 7

7.8 Condicionador de Ar Central do Tipo Fan Coil Como visto anteriormente no item 7.3, o Fan Coil é um condicionador de ar que recebe a água gelada produzida no evaporador do Chiller. A figura 7.23 mostra um Fan Coil com a linha de água gelada ligada a um evaporador (resfriador ou cooler) e a figura 7.24 mostra uma rede de dutos que conduz o ar até os ambientes. Esse ar está sendo condicionado (resfriado) pela água gelada que passa na serpentina do Fan Coil.

Figura 7.23

Figura 7.24

141


As figuras 7.25 e 7.26 mostram alguns tipos de condicionadores de ar Fan Coil.

Figura 7.25 – Fan Coil do tipo horizontal.

Figura 7.26 – Fan Coil do tipo vertical.

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CAPÍTULO 7

7.9 Duplo Circuito do Fluido Refrigerante Para evitar baixas velocidades do fluido refrigerante e subalimentação da válvula de expansão termostática, o evaporador (resfriador) é dividido em dois circuitos distintos de circulação de fluido refrigerante. Cada circuito (figura 7.27) do Chiller contém dois compressores, seu próprio condensador, uma VET, filtro secador, visor de líquido e válvula solenóide. Em cargas baixas (30% a 40%), um dos circuitos é desativado, aumentando por meio disso tanto a velocidade do fluido refrigerante no evaporador como a “carga” na VET remanescente. Bom retorno de óleo e operação da VET estão assim assegurados.

Figura 7.27

7.10 Fluxo de Água no Evaporador O mais simples e mais fácil controle para uma instalação múltipla de resfriadores é controlar cada resfriador pela temperatura da água de retorno, como mostrado na figura 7.28, e utilizá-lo sempre que possível. É essencial localizar o bulbo de controle de cada unidade na linha de retorno da água gelada e realizar ajustes idênticos das escalas dos

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controladores de temperatura (set point e diferencial). Apesar de os controladores das máquinas estarem ajustados com o mesmo diferencial total (throttling range)*, tolerâncias inerentes aos termostatos tornarão improvável que ambas as máquinas venham a descarregar simultaneamente. Portanto, esse método de controle resultará em um número de estágios de controle igual à soma dos estágios das máquinas individualmente, com uma operação muito estável.

Figura 7.28

É muito usual projetar o sistema de água gelada para manter um fluxo constante através do Chiller. O fluxo constante elimina problemas operacionais devidos a controles oscilantes. A figura 7.29 ilustra o problema potencial de controle que existe quando se admite variar o fluxo através do Chiller. À plena carga (100 TR), o Chiller apenas iguala a carga térmica. O controle da temperatura da água de retorno a 13ºC resulta em uma temperatura de saída de 7ºC. Na serpentina do Fan Coil, a água a 7ºC é aquecida para 13ºC. O sistema está balanceado. Para dramatizar a instabilidade de controle, diminui-se a carga térmica para 50 TR com uma correspondente redução de fluxo através do sistema de 27,36 m3/h (120 GPM). Na serpentina do Fan Coil, a água a 7ºC será aquecida para 13ºC, já que o diferencial de temperatura da serpentina permanecerá em 6ºC.

* Throttling range é a diferença entre o set point e a operação da máquina com todos os estágios acionados.

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CAPÍTULO 7

No início dessa redução de fluxo, ao alcançar o evaporador do Chiller, a temperatura de retorno permanece inalterada. Desta maneira, o Chiller continuará removendo 100 TR de capacidade dos 27,36 m3/h. A água de retorno a 13ºC irá conseqüentemente ser resfriada para 1,7ºC. Efetivamente, o evaporador (resfriador) não perceberia que a carga havia mudado até que a água completasse o segundo percurso pelo circuito. Isto resultaria em contínua oscilação dos controles, já que o Chiller estaria invariavelmente fora de fase com a carga térmica. Desligamentos incômodos do Chiller também ocorreriam em virtude de baixas temperaturas da água na saída. O tipo de válvula de controle usada no Fan Coil (serpentina) (figura 7.30) determina se o fluxo é constante ou variável. O uso de válvula de três vias do tipo “aberto-fechado” resulta em fluxo constante no sistema. O fluxo é dirigido tanto através como por fora da serpentina e retorna ao Chiller. Se é usada uma válvula de três vias do tipo modulante, o fluxo não é constante no sistema. Quando parte do fluxo está passando pelo by-pass, o fluxo total do sistema tenderá a aumentar. Isto ocorrerá em virtude da menor perda de carga do circuito paralelo (by-pass e serpentina), comparada ao fluxo total através da serpentina ou do by-pass.

Figura 7.29

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Válvulas de duas vias do tipo aberto-fechado” (on-off), modulantes ou proporcionais, resultam em fluxo variável no sistema dado que reduzem o fluxo a cargas parciais. Visto que em grandes sistemas de água gelada são usadas combinações dos métodos de controle por válvulas anteriormente mencionadas, um fluxo variável pode geralmente ser esperado no Chiller.

Figura 7.30

7.11 Pressões do Lado de Alta nos Chillers Os Chillers operam de acordo com um circuito frigorígeno (ciclo de refrigeração) como o apresentado na figura 7.31. O ciclo representa as condições de operação de projeto. A válvula de expansão termostática é selecionada para a carga térmica de projeto e a perda de carga através dela (P12 – P2). À plena carga, a VET é tipicamente selecionada próxima de uma posição de abertura total.

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CAPÍTULO 7

Figura 7.31

Nesta posição próxima da abertura total, a válvula atua como um orifício entre a pressão de entrada (P12) e a pressão de saída (P2). A capacidade (figura 7.32), portanto, varia de acordo com a raiz quadrada da perda de carga através dela. Em uma aplicação normal de condicionamento de ar, a carga começa a cair à medida que a temperatura do ambiente externo diminui. A perda de carga através da VET também decresce com o ambiente, em virtude das baixas temperaturas de condensação. Como mostra a figura 7.32, a capacidade da VET, por conseqüência, cairá à medida que a perda de carga através dela caia — exatamente o que se deseja para igualar o decréscimo de carga térmica no evaporador (resfriador). O único problema é que a capacidade da VET tende a cair muito mais rapidamente que a redução da carga. Com menos fluido refrigerante passando através da VET (figura 7.33) que o requerido, o superaquecimento tende a subir. A VET então se abre para igualar a carga e reduzir o superaquecimento ao normal.

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Com a VET abrindo o máximo possível, a válvula torna-se um simples orifício cuja capacidade de passagem de fluido refrigerante é limitada pelo DP através da válvula. Com a válvula totalmente aberta e incapaz de passar fluido refrigerante líquido suficiente para atender à demanda do evaporador (resfriador), o compressor irá baixar a pressão do evaporador. O Chiller irá se desligar pelo pressostato de baixa pressão.

Carga de projeto

Carga parcial

Capacidade

CAPACIDADE DA VET (abertura)

DP através da válvula

Figura 7.32

Pressão

Superaquecimento aumenta

Entalpia

Figura 7.33

Usando uma torre de resfriamento (figura 7.34) e um condensador resfriado a água, a temperatura da água na entrada do condensador é tipicamente mantida no mínimo, 11,1ºC (20ºF), sendo mais alta que a temperatura de projeto da água na saída do evaporador (resfriador).

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CAPÍTULO 7

Figura 7.34

Chillers equipados com condensadores resfriados a ar geralmente mantêm controle da pressão de descarga ciclando (ligando e desligando) os motoventiladores do condensador (figura 7.35). Dependendo da carga e do projeto da unidade, a ciclagem dos ventiladores pode permitir ao Chiller operar satisfatoriamente a temperaturas externas muito baixas.

Figura 7.35

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7.12 Chillers com Controles Eletrônicos Atualmente, há Chillers com dispositivos eletrônicos incorporados denominados Chillers microprocessados. Os comandos são efetuados por uma placa eletrônica que substitui os termostatos, pressostatos, termômetros etc. A temperatura é lida por meio de sensores (termistores) e as pressões, por meio de transdutores. Essas informações são enviadas para a placa eletrônica que efetua os comandos nos compressores, na válvula de expansão eletrônica e nos ventiladores dos condensadores. A seguir, a figura 7.36 apresenta um painel de controles de Chillers.

Figura 7.36

Os sensores (termistores) são todos idênticos quanto ao funcionamento, e a oscilação de temperatura sobre os sensores altera sua resistência ôhmica (W). Essa variação de resistência provoca uma queda de tensão (voltagem), a placa eletrônica do Chiller recebe essa informação de variação de tensão (voltagem) e, por meio de seu programa, conclui qual é o valor de temperatura no sensor. Com isso, a placa eletrônica tomará suas decisões. A figura 7.37 mostra um modelo de um sensor (termistor). A figura 7.38 apresenta um modelo de evaporador com as posições dos sensores:

• Sensor de saída de água gelada do evaporador — Localizado no bocal de saída da água, a sonda é imersa diretamente na água.

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CAPÍTULO 7

• Sensor de entrada de água gelada no evaporador — Localizado na carcaça do evaporador próximo da primeira chicana ou defletora. • Sensor de temperatura do ar externo — Localizado na parte inferior do aletado dos condensadores a ar. • Sensor do motocompressor — cada motocompressor possui no seu interior um sensor que serve para a placa eletrônica monitorar sua temperatura de trabalho.

Figura 7.37 – Sensor de temperatura.

Figura 7.38

Os transdutores de pressão são todos idênticos quanto ao funcionamento, e a oscilação de pressão sobre os transdutores altera sua resistência ôhmica. Essa variação de resistência provoca uma queda de tensão (voltagem), a placa eletrônica do Chiller recebe essa informação de variação de tensão (voltagem) e, por meio de seu programa, conclui qual é o valor da pressão no local onde o transdutor está instalado. Cada transdutor é alimentado com 5 V (corrente contínua). Com isso, a placa eletrônica decidirá desligar o Chiller em virtude das altas ou baixas pressões. A figura 7.39 apresenta um modelo de transdutor — o que estiver identificado com um ponto vermelho será o de alta pressão e o que tiver um ponto branco será o de baixa pressão.

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Ponto branco ou vermelho

Figura 7.39 – Modelo de transdutor de pressão.

Figura 7.40 – Caixa de comando elétrico de um Chiller microprocessado.

CAPÍTULO 8

Capacidade Térmica

Este cálculo se destina ao técnico que deseja avaliar se o condicionador de ar está tendo o rendimento térmico projetado. Exemplo: um Fan Coil ou Self Contained tem 10 TR de capacidade, mas será que está rendendo sua capacidade total?

8.1 Rendimento Térmico ou Capacidade Térmica Fórmula básica:

Capacidade térmica kcal/H

=

A Massa de ar recirculado

´

B Variação de entalpia

A – Massa de Ar Recirculado (no Evaporador com Convecção Forçada) É a multiplicação da vazão (m3/h) pela massa específica (kg/m3). Vazão Obtém-se por meio do cálculo da vazão de ar que passa no evaporador. A vazão é a multiplicação da velocidade do ar (m/h), obtida com 153

154

CAPÍTULO 8

um anemômetro (figura 8.1), pela área da face do aletado do evaporador (m2). Veja o item 8.2. Q =V´ A Q = Vazão (m3/h) V = Velocidade do ar (m/s ´ 3.600 = m/h) A = Área da face do aletado do evaporador (m2)

Figura 8.1 – Anemômetro.

Massa Específica Para obtê-la é necessário verificar a temperatura do ar de saída do evaporador, com um psicrômetro (termômetro de bulbo seco e outro de bulbo úmido) (figura 8.2), que deve ser posicionado na saída de ar do evaporador (Self) ou na saída de ar do Fan Coil.

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Capacidade Térmica

Figura 8.2 – Psicrômetro.

De posse dos valores das temperaturas de bulbos seco e úmido, transfira-os para o gráfico psicrométrico e relacione-os; no ponto de interseção, trace uma paralela às “linhas da massa específica”, encontrando o valor.

B – Variação de Entalpia Tendo medido com um termômetro de bulbo úmido a temperatura do ar que entra no evaporador e a do ar que sai deste, coloque esses valores no gráfico e determine, respectivamente, os valores de entalpia. Observe que os valores estão em kcal/kg. Trata-se de dois valores de entalpia, um valor para cada valor de temperatura de bulbo úmido. A seguir, subtraia o valor da entalpia do ar de saída do evaporador (aletado) do valor da entalpia do ar de entrada. O resultado dessa diferença será a variação de entalpia. Fórmula: éEntalpia do ar Entalpia do ar ù Capacidade é Massa ù ê ú = êVazão ´ na saída ú ´ ê na entrada térmica específica ë û do evaporador do evaporador ú êë úû Massa de ar recirculado

Variação de entalpia

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CAPÍTULO 8

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Capacidade Térmica

Exemplo de procedimento e uso do gráfico psicrométrico para verificar a capacidade térmica de um condicionador de ar do tipo Self Contained de 15 TR Dados:

• Vazão de ar no evaporador = 8.200 m³/h. • Temperatura do termômetro de bulbo úmido do ar na entrada do evaporador = 20EC. • Temperatura do termômetro de bulbo úmido do ar na saída do evaporador = 11,7EC. • Temperatura do termômetro de bulbo seco do ar na saída do evaporador = 12,5EC. Cálculo da Massa Específica (Densidade) Transfira as temperaturas do termômetro de bulbo úmido e do termômetro de bulbo seco (na saída do ar do evaporador) para o gráfico psicrométrico e relacione-as, tendo por resultado a “massa específica”. Neste caso, o resultado será de 0,896 kg/m³ (isto é, 1 m³ de ar, sob essas temperaturas, possui uma massa de 0,896 kg). Massa de Ar Recirculado É a multiplicação da vazão = 8.200 m³/h pela massa específica = 0,896 kg/m³. Daí vem: 8.200 m³/h ´ 0,896 kg/m³ = 7.347,2 kg/h (isto é, 7.347,2 kg de ar recirculado no intervalo de 1 hora) Variação de Entalpia

• Temperaturas de bulbo úmido: a) Do ar na entrada do evaporador = 20EC. b) Do ar na saída do evaporador = 11,7EC. Efetuando a correspondência desses valores no gráfico psicrométrico, obtêm-se: a) 14,3 kcal/kg (na temperatura de 20EC, 1 kg de ar recirculado corresponde a 14,3 kcal). b) 8,3 kcal/kg (na temperatura de 11,7EC, 1 kg de ar recirculado corresponde a 8,3 kcal).

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CAPÍTULO 8

Subtraindo o valor de entalpia de entrada do valor de entalpia de saída, obtêm-se: 14,3 kcal/kg – 8,3 kcal/kg = 6 kcal/kg Cálculo da Capacidade Térmica do Condicionador de Ar Multiplicando o resultado da massa de ar recirculado (7.347,2 kg/h) pela variação de entalpia (6 kcal/kg), obtêm-se: Capacidade térmica = 7.347,2 kg/h ´ 6 kcal/kg = 44.083,2 kcal/h Como 1 TR = 12.000 BTU/h = 3.024 kcal/h 44.083,2 = 14,57 TR 3.024

8.2 Cálculo da Vazão de Ar Procedimento utilizado em condicionadores de ar, que consiste em verificar a vazão do ar que passa através do evaporador, no caso de um Self Contained e Split, e através da serpentina de água gelada, no caso de um Fan Coil. Normalmente, os fabricantes trabalham com os valores de vazão expressos em m3/h. A seguir será demonstrado o método de como encontrar o valor da vazão em m3/h. Tomar-se-á, como exemplo, o Self Contained da figura 8.4. Passos: 1º — Mede-se a área da serpentina = largura ´ altura (figura 8.3) Largura =

_______ m

Altura =

_______ m

Área =

_______ m2

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Capacidade Térmica

2º — Com o anemômetro, mede-se a velocidade do ar em 6 pontos da serpentina e, depois, efetua-se a média. Velocidade = _______m/s 3º — Multiplica-se a velocidade (m/s) pela área (m2) e encontra-se a vazão em m3/s. Vazão (Q) = _________m/s ´ ________m2 = __________m3/s 4º — Com a vazão em m3/s, esta é multiplicada por 3.600 para ser convertida em m3/h. Vazão = _______m3/s ´ 3.600 = __________m3/h Para transformar a vazão de m3/s para m3/h, deve-se multiplicá-la por 3.600. Q = vazão V = velocidade A = área Q=V´A m = metro m/s = metros por segundo m2 = metro quadrado m3 = metro cúbico m3/s = metro cúbico por segundo m3/h = metro cúbico por hora

Altura

Serpentina Retorno do ar condicionado

Largura

Figura 8.3

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CAPÍTULO 8

Figura 8.4 – Profissional medindo a largura do evaporador de um Self Carrier 5 TR.

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Capacidade Térmica

Figura 8.5 – Profissional medindo a altura do evaporador de um Self Carrier 5 TR.

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CAPÍTULO 8

Figura 8.6 – Profissional medindo a velocidade do ar que passa pelo aletado do evaporador, com o auxílio de um anemômetro digital.

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Capacidade Térmica

Exemplo de um cálculo do volume de ar recirculado no evaporador (vazão de ar) 1º — Área da serpentina: Largura = 1,2 m Altura = 70 cm = 0,7 m Área = 1,2 ´ 0,7 = 0,84 m2 2º — Com o anemômetro, a velocidade média foi de 4,2 m/s. 3º — Multiplica-se a velocidade (m/s) pela área (m2) e encontra-se a vazão em m3/s. Vazão (Q) = 4,2 m/s ´ 0,84 m2 = 3,528 m3/s 4º — Com a vazão em m3/s, esta é multiplicada por 3.600 para ser convertida em m3/h. Vazão (Q) = 3,528 m3/s ´ 3.600 = 12.701 m3/h

CAPÍTULO 9

Umidade e Queima de Motores

9.1 Umidade no Circuito Frigorígeno A umidade no interior do circuito frigorígeno, misturada ao fluido refrigerante e ao óleo, a altas temperaturas, provoca os problemas mencionados a seguir no circuito. 9.1.1 Congelamento na Sede da Válvula de Expansão Termostática O congelamento impede a passagem de fluido refrigerante líquido para o evaporador e o equipamento tende a desarmar por baixa. Uma vez desligada a válvula, o gelo é derretido, a temperatura e a pressão próximas à válvula se elevam, o pressostato de baixa rearma, o motocompressor volta a funcionar e o ciclo se repete. Com partidas e desligamentos freqüentes, o motor do compressor tende a queimar. 9.1.2 Formação de Ácidos Clorídrico e Fluorídrico Os ácidos clorídrico e fluorídrico atacam partes metálicas do circuito, visores de vidro e verniz de isolação, ocorrendo, então, deposição de cobre que provoca defeitos mecânicos e enfraquecimento da isolação do motor, o que resulta em sua queima. 9.1.3 Decomposição do Óleo Lubrificante: O óleo decomposto forma uma lama espessa que entope os canais de lubrificação e pode causar o travamento das peças móveis do compressor. O resultado disso é o gripamento ou queima do motor do compressor.

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CAPÍTULO 9

9.1.4 Deposição de Cobre O cobre é removido dos tubos em pequenas partículas e posteriormente se deposita em zonas de altas temperaturas, como virabrequim, válvulas de descarga e bomba de óleo. Este acréscimo de material nas partes móveis diminui as folgas provocando falhas mecânicas. Cuidados:

• Use de preferência visores de líquido com indicador de umidade. • Ao constatar umidade no circuito frigorígeno, substitua imediatamente o filtro secador da linha de líquido. • Não use filtros secadores da linha de líquido sem componente secador.

9.2 Queima de Motores Uma vez que o motor elétrico está instalado na mesma carcaça com o compressor, uma queima significa que o compressor deverá ser consertado, assim como o motor elétrico. Isto é possível quando o motocompressor é do tipo semi-hermético. Na indústria, já se generalizou a experiência de que uma boa percentagem de defeitos em motores de compressores ocorre quando estes estão entravados no arranque, isto é, quando são acionados pelo elemento de controle (termostato, por exemplo), requerendo o início de um novo ciclo de operação, porém o compressor não funciona por causa de alguma falha na isolação dos fios que constituem o bobinado, no fio de ligação ou no terminal. É nesse momento de partida que a isolação do motor elétrico é mais vulnerável a danos de abrasão. É também aí que estão em seu ponto máximo os esforços elétrico e físico. Se os esforços elétrico e físico são demasiadamente violentos, a isolação falhará em algum ponto e, assim, ocorrerá um curto-circuito e o motor queimará — antes mesmo de entrar em funcionamento. Esses acidentes acontecem quase que instantaneamente. No caso de uma falha como a descrita anteriormente, depósitos de fuligem da isolação do fio do bobinado e do óleo carbonizados geralmente não vão além do compressor propriamente dito.


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Quando o motor está entravado no arranque, os pistões e as válvulas de descarga dos motocompressores alternativos protegem a parte de alta pressão do sistema de contaminação. Em motocompressores centrífugos scroll e parafusos, naturalmente os produtos da decomposição podem atingir todas as partes do circuito frigorígeno (sistema de refrigeração). Entretanto, a tubulação de sucção é normalmente ligada à extremidade onde fica o motor do compressor. O fluxo da parte (ou para a parte) de baixa pressão do sistema é desimpedido, de modo que a fumaça e a fuligem da isolação e do óleo transitarão pela tubulação de sucção. Ocasionalmente, o motocompressor pode funcionar um pouco e bombear os depósitos para a tubulação de descarga, mas esses depósitos raramente se movem mais que alguns centímetros em cada direção. Talvez o melhor conselho a se dar, em se tratando de motores queimados, é o de que é preciso fazer uma minuciosa investigação preliminar antes de começar qualquer trabalho de reparo. É extremamente importante que o profissional técnico responsável pela manutenção esteja em condições de avaliar o sistema contaminado, assim que se abrirem quaisquer conexões com o motocompressor. Ele deve, também, estar preparado para tampar ou vedar todas as aberturas para o sistema, ao se finalizar a inspeção inicial. A finalidade disso é evitar a entrada de ar ou de umidade. Geralmente, métodos inadequados de manutenção causam maior dano a um sistema como um todo do que a própria falha do motor. Uma vez que as superfícies internas metálicas tenham sido expostas aos produtos da decomposição do refrigerante e do óleo, a entrada de ar e de umidade provocará forte corrosão dessas superfícies. Logo, o problema de limpeza do sistema complica-se. A exposição geral anterior aplica-se a todos os tipos e tamanhos de circuitos frigorígenos (sistemas de refrigeração) mecânicos em que se empregam fluidos refrigerantes fluorcarbonados. Aconselha-se que o circuito frigorígeno não seja aberto enquanto as peças e os acessórios necessários para proceder ao reparo não se encontrarem no lugar de trabalho e um quadro completo de equipe técnica não estiver a postos para a manutenção corretiva (reparo) no circuito dentro do menor prazo possível. Enquanto o motocompressor estiver sendo consertado, as aberturas para o condensador e o evaporador devem ser vedadas de alguma maneira.

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CAPÍTULO 9

Na figura 9.1 tem-se um motor exposto de um grande motocompressor semi-hermético depois da queima. Depósitos de carvão cobrem todas as superfícies internas. Na figura 9.2 verifica-se o interior de um cilindro queimado. A área acima de um pistão está parcialmente coberta de fuligem. Isto mostra como, de maneira rápida, uma queima geralmente ocorre.

Figura 9.1

Neste caso, o motocompressor não realizou mais que meia rotação e a inspeção mostrou que a tubulação de descarga estava relativamente livre de depósitos.

Figura 9.2

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Um esboço simples (figura 9.3) demonstra até onde os depósitos da queima do motor geralmente se assentam na linha de sucção de um sistema com motocompressor alternativo semi-hermético. Estes raramente ultrapassam a primeira curva na linha. Os depósitos na linha de sucção do sistema queimado freqüentemente param no primeiro cotovelo. Para comparação, veja uma secção da linha nova a seguir (figura 9.4). Se for removida a secção da linha com os depósitos de fuligem (sujeira), o restante do sistema geralmente estará limpo.

Figura 9.3

Figura 9.4

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CAPÍTULO 9

Em geral, os motocompressores semi-herméticos são equipados com válvulas de serviço na sucção e na descarga. Os herméticos podem ser ou não equipados dessa maneira. Um procedimento de inspeção para sistemas com válvulas de serviços consiste em simplesmente remover tais válvulas e observar se nas passagens de sucção e descarga do motocompressor há carvão ou outros resíduos. Antes de remover as válvulas, feche cada uma hermeticamente e remova o fluido refrigerante contaminado para um cilindro. Aconselha-se utilizar um pano ou papel branco para inspecionar as linhas de sucção e descarga. Nos motocompressores semi-herméticos, pode-se efetuar a substituição do estator queimado e das peças do compressor. Os fabricantes de motocompressores herméticos (capítulo 3) não recomendam o reparo desses instrumentos, sendo estes então descartáveis.

9.3 Teste de Acidez Um kit para teste de acidez é disponibilizado por vários fabricantes para medir o nível de acidez do óleo, sendo capaz de realizar uma medição exata da acidez. Todavia, se não estiverem disponíveis, uma revisão do óleo por aparência e odor poderá indicar se a contaminação permanece no sistema.

Figura 9.5 – Motocompressor hermético (em corte).

CAPÍTULO 10

Limpeza de Circuitos Frigorígenos

Limpar o circuito frigorígeno é um processo de importância fundamental em refrigeração e condicionamento de ar, que consiste em manter os cicuitos livres de contaminação. Os circuitos frigorígenos atuais usam motocompressores que trabalham com altas rotações, elevadas temperaturas e pequenas tolerâncias. Assim, deve-se evitar a contaminação dos sistemas a todo custo. Os principais causadores de problemas são:

• ar; • anticongelantes (álcool metílico, dryzon etc.); • fluxo de solda pastoso; • solventes clorados (tricloroetileno, tetracloreto de carbono etc.); • óxido de ferro vermelho (Fe2O3); • óxido de ferro preto (Fe2O4); • óxido de cobre preto (CuO); • fragmentos metálicos e impurezas. A combinação dos elementos relacionados com óleo, fluidos refrigerantes e altas temperaturas provoca os transtornos mencionados a seguir.

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CAPÍTULO 10

10.1 Sedimentação Carbonosa do Óleo Consiste na decomposição do óleo, cujo resultado é uma massa escura e viscosa (lama) que tende a inutilizar telas, filtros e sistemas de lubrificação. Não raro, ocorre gripamento da bomba de óleo e mancais. A decomposição do óleo será mais intensa quanto maiores forem as temperaturas, quantidades de ar, água e impurezas no circuito. Os meios de evitar a sedimentação carbonosa do óleo são:

• uso de óleo de refrigeração adequada; • sistema isento de ar; • sistema limpo e seco; • operação com temperaturas adequadas.

10.2 Corrosão Novamente, altas temperaturas, ar, água e impurezas, como ácidos, pasta de solda, álcool metílico etc., são fatores que aceleram o processo de corrosão dos circuitos de refrigeração. Os meios de atenuar a corrosão são:

• dimensionamento adequado dos condensadores; • vazão de ar e água de condensação adequada; • condensadores mantidos limpos e desobstruídos; • regulagem adequada da válvula de expansão para limitar o superaquecimento; • baixa taxa de compressão; • conservar os sistemas limpos e secos.

10.3 Plaqueamento de Cobre É o resultado de duas reações separadas. Na primeira, o óleo de má qualidade ou contaminado dissolve o cobre, o óxido de cobre existente em solução com óleo sobre mancais, os selos de eixo, as placas de


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válvulas e outros pontos onde as temperaturas são elevadas. A precipitação ocorre em virtude das altas temperaturas ou da existência de água, ar, álcool etc. Os meios de evitar o plaqueamento de cobre são:

• circular nitrogênio seco nas tubulações durante as soldagens; • não usar filtros que contenham celulose (papel); • evitar contaminar o circuito com pasta de solda, solventes clorados e outros elementos que possam formar sais de cobre; • usar óleo de alta qualidade do tipo e viscosidade apropriados; • evitar elevadas temperaturas de operação.

10.4 Queima de Motores Basicamente a queima de motores dos compressores se classifica em moderada e grave.

10.4.1 Moderada Os depósitos de fuligem da isolação carbonizada não ultrapassam o motocompressor. Normalmente ocorre durante a partida e pode ser constatada observando-se os tubos de sucção e descarga próximos ao motocompressor, que não devem apresentar muita fuligem e o óleo não deve apresentar típico odor ácido. O estator não deve estar totalmente carbonizado.

10.4.2 Grave Todo o circuito apresenta espessa camada de fuligem, o que significa que o motocompressor realizou várias rotações durante a queima. O estator apresenta-se totalmente carbonizado e o óleo, escuro e com odor altamente ácido. Neste caso, o fluido refrigerante, com o óleo, contém muito ácido e deve ser manuseado com luvas de borracha, para evitar queimaduras nos técnicos envolvidos nos serviços. Em ambos os casos, antes do início da recuperação do equipamento, é necessário realizar minuciosa investigação das causas da queima.

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CAPÍTULO 10

10.5 Limpeza dos Circuitos após Queima com Circulação de Fluido Refrigerante HCFC-141b ou Vertrel De modo geral, pressupõe-se que todo circuito em que tenha havido queima do motor do compressor deverá ser limpo antes da instalação do novo motocompressor. Tanto o HCFC-141b como o Vertrel apresentam alto ponto de ebulição (32,1°C e 55°C, respectivamente), o que significa que haverá pequena perda de fluido refrigerante durante a limpeza à temperatura ambiente. O processo consiste em circular o HCFC-141b ou o Vertrel através do evaporador e condensador com auxílio de uma bomba, um filtro e um tanque de armazenamento. Após sucessivas trocas do filtro, o evaporador e o condensador estarão limpos quando aquele não apresentar mais impurezas. O fluido refrigerante deve ser removido do evaporador e condensador com nitrogênio seco e o circuito frigorígeno, evacuado e carregado. O filtro secador da linha de líquido deve ser substituído antes da evacuação. Deve-se ligar o motocompressor à plena carga e observar as pressões e a aparência do óleo no visor bem como se há diferença de temperatura entre a entrada e a saída do filtro secador da linha de líquido. É fundamental substituir o óleo, filtros de óleo e de fluido refrigerante sempre que necessário. Este processo apresenta as seguintes desvantagens:

• Equipamento de limpeza caro e de grande porte. • O processo é demorado e durante o processo de limpeza o equipamento permanece parado. • Permanecem resíduos de carvão em pontos de baixa velocidade do fluido refrigerante utilizado na limpeza. • Há a possibilidade de grande perdas de fluido refrigerante HCFC141b ou Vertrel. Observação: Os fluidos refrigerantes HCFC-141b e Vertrel são os substitutos do R-11 para limpeza de circuitos, portanto com a eliminação dos CFCs, não se deve mais usar o R-11.


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10.6 Limpeza dos Circuitos após Queima com Filtros de Sucção (HH) 10.6.1 Sem Reaproveitamento do Fluido Refrigerante O equipamento com o circuito altamente contaminado não deve ter seu fluido refrigerante reaproveitado. A tubulação para extrair o fluido refrigerante deve ser ligada para fora da casa de máquinas ou, de preferência, deve-se utilizar uma recuperadora. O técnico encarregado dos serviços não deve tocar no fluido refrigerante ou no óleo do circuito, visto que podem conter ácidos que podem causar queimaduras graves. Deve-se desmontar válvula de expansão, solenóide, visores e outros acessórios e limpá-los com fluido refrigerante HCFC-141b ou Vertrel. Deve-se instalar um filtro de sucção adequadamente dimensionando-o o mais próximo possível da válvula de sucção do motocompressor. O filtro deve ser dotado de registros para tomada de pressão na entrada e na saída. Instalar, ainda, um filtro da linha de líquido maior que o original. Deve-se substituir o elemento secante (cartucho) do filtro de sucção sempre que a diferença de pressão através do filtro atingir 15 PSIg (para circuitos com R-22). Ao mesmo tempo, substituir o óleo do motocompressor (semi-hermético) e o filtro secador da linha de líquido. Quando o circuito não mais apresentar diferença de pressão através do filtro de sucção (abaixo de 2 PSIg), recolher o fluido refrigerante no condensador (ou tanque), remover o filtro de sucção, realizar teste de vazamento no lado de sucção e no motocompressor, evacuar o lado de baixa do circuito e colocá-lo em operação definitiva. Nesta ocasião, recomenda-se que o filtro da linha de líquido original seja instalado e o óleo e filtro de óleo do motocompressor (semi-hermético), substituídos.

10.6.2 Com Reaproveitamento do Fluido Refrigerante Equipamentos grandes (acima de 5 TR), independentemente do grau de contaminação, podem ter o fluido refrigerante do seu circuito reaproveitado. Deve-se fechar os registros de serviço de sucção e descarga do motocompressor queimado, confinando-se assim o fluido refrigerante no circuito. Aliviar lentamente o fluido refrigerante do motocompressor, evitando-se contato direto do fluido com a pele. Remo-

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CAPÍTULO 10

ver o motocompressor queimado e instalar um novo. Abrir os registros de serviço de sucção e descarga. Acionar (ligar) o motocompressor e proceder ao recolhimento do fluido refrigerante. Neste ponto, pode parecer um contrasenso colocar um motocompressor novo em contato com o fluido refrigerante contaminado. Entretanto, o período em que o motocompressor opera com o fluido refrigerante contaminado é pequeno e não há possibilidade de ocorrer danos ao motocompressor.

CAPÍTULO 11

Teste de Vazamento do Fluido Refrigerante

O teste de vazamento é efetuado em equipamentos de refrigeração e condicionamento de ar com o objetivo de se obter um sistema totalmente estanque. Em sistemas que trabalham com pressões positivas, os testes têm como finalidade evitar prejuízos decorrentes de perda de fluido refrigerante e mau funcionamento, ou falhas devidas à diminuição do fluxo do refrigerante. Em sistemas que trabalham com pressões negativas (vácuo), os testes de vazamentos evitam prejuízos, mau funcionamento ou falhas devidas à infiltração de ar (umidade) no equipamento. Com pressurização (pressão positiva recomendada pelo fabricante), pode-se constatar o vazamento de fluido refrigerante por meio dos procedimentos a seguir.

11.1 Espuma de Sabão Deve-se fazer uma espuma densa, porém contendo água com sabão ou detergente. Envolver soldas, juntas, conexões visores, válvulas e outros pontos suspeitos de vazamentos. Verifica-se o vazamento mediante a formação de bolhas. É um excelente método, visto que permite a visualização do vazamento.

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178

CAPÍTULO 11

11.2 Detector Eletrônico Existem vários tipos de detectores eletrônicos, porém todos funcionam de modo similar. Os detectores (figura 11.1) dispõem de um sensor que, ao entrar em contato com o fluido refrigerante halogenado, cria uma corrente que aciona um miliamperímetro ou uma lâmpada de sinalização, ou, ainda, um alarme sonoro. A resposta (corrente, brilho da lâmpada, ruído de buzina) é proporcional ao tamanho do vazamento. O uso e os cuidados de manutenção devem ser feitos de acordo com as instruções de cada fabricante.

Figura 11.1 – Detector eletrônico de vazamento de HFC, CFC e HCFC.

Observação: Nos testes em sistemas pressurizados somente com nitrogênio seco, só se pode utilizar o método de espuma de sabão. Nos testes em sistemas pressurizados com nitrogênio seco e fluido refrigerante, pode-se usar os dois métodos.

11.3 Sob Vácuo (Teste de Estanqueidade) Consiste em evacuar o sistema até uma pressão absoluta próxima de 1.000 mícrons de Hg. Após a obtenção do vácuo, a bomba de vácuo é desconectada e o circuito deve ser mantido sob vácuo por, pelo menos, 5 horas, depois se realiza nova medida do vácuo e verifica-se sua variação.

Teste de Vazamento do Fluido Refrigerante

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Este teste indica a existência de vazamentos, porém não o local do vazamento. Caso seja confirmada a existência de vazamentos por este processo, o circuito frigorígeno deve ser pressurizado e os vazamentos devem ser localizados pelos métodos descritos anteriormente. Cuidados: No teste com espuma de sabão:

• Não o realize dentro de quadros elétricos. • Não o efetue sobre terminais de motores. • Deve ser usado para confirmar vazamentos encontrados por outros métodos. No teste com detector eletrônico:

• Não exponha o sensor diretamente a jatos de fluidos refrigerantes, pois isto diminuirá a vida útil do detector ou danificará o sensor. • Não sopre o sensor. • Não permita a entrada de impurezas no tubo do sensor. • Não o utilize em atmosferas explosíveis. • O uso e os cuidados de manutenção devem ser feitos de acordo com as instruções de cada fabricante. No teste com nitrogênio seco e fluido refrigerante:

• Use sempre regulador de nitrogênio para pressurizar o sistema. • Não exceda a pressão de teste indicada pelo fabricante. • Use conexões e mangueiras adequadas a altas pressões. • Nunca use oxigênio ou acetileno para pressurizar o circuito frigorígeno, pois poderá ocorrer violenta explosão. Sob vácuo (teste de estanqueidade):

• Use, preferencialmente, vacuômetro eletrônico. • Use sempre este método após o processo de evacuação.

CAPÍTULO 12

Evacuação

É um dos processos mais importantes em refrigeração. No circuito frigorígeno, a função da evacuação é remover o ar e a água antes de se efetuar a carga de fluido refrigerante. Um circuito que não tenha sido corretamente evacuado apresentará problemas de altas pressões, em virtude dos gases não condensáveis, e problemas de ataques químicos a partes metálicas do circuito, ao verniz dos motores e decomposição do óleo decorrente da reação química entre a água e o refrigerante. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 14,7 (PSIg) (libras por polegadas quadradas). Chama-se pressão absoluta (PSIa) a pressão manométrica (PSIg) somada a 1 (uma) atmosfera (14,7 PSIg). Em refrigeração, é comum usar-se o sistema inglês, em que pressões positivas (acima da atmosférica) são expressas em PSI (Pounds per Square Inch = libras por polegadas quadradas) e polegada de mercúrio, ou mícrons de mercúrio, para expressar pressões abaixo da atmosférica (vácuo). Quanto mais profundo o vácuo obtido, melhor para o circuito frigorígeno. Normalmente os fabricantes dos equipamentos de refrigeração e condicionamento de ar recomendam vácuo inferior a 500 mícrons de Hg (medido com um vacuômetro eletrônico) para processo de simples evacuação. A figura 12.1 representa o conjunto Manifold. O “manômetro de baixa” possui escala até 30² Hg, não devendo ser usado para medição de vácuo no processo de simples evacuação. Isto porque é impossível observar no manômetro valores precisos da ordem de 29,9 polegadas de Hg, que corresponde a 500 mícrons de mercúrio (Hg).

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CAPÍTULO 12

Figura 12.1 – Conjunto Manifold (Robinair).

Figura 12.2 – Conjunto Manifold em corte.

Conforme descrito anteriormente, o vácuo deve ser medido em mícrons de Hg preferencialmente. No entanto, não é raro ouvir que um determinado sistema foi evacuado por tantas horas ou até mesmo dias. Associar tempo de evacuação ao valor do vácuo não tem sentido algum. O tempo de evacuação de um circuito frigorígeno dependerá dos itens listados a seguir.

12.1 Tamanho do Equipamento É evidente que quanto maior for o equipamento, maior será o tempo de evacuação para uma mesma bomba de vácuo.

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Evacuação

12.2 Capacidade da Bomba de Vácuo Quanto maior a capacidade da bomba de vácuo, menor o tempo de evacuação para um mesmo sistema. Normalmente, no campo, adota-se uma bomba de vácuo que seja portátil em vez de bombas de grande porte e difíceis de serem transportadas, pois a diferença de tempo de evacuação é compensada pelo transporte da bomba.

12.3 Vazamento nas Conexões da Bomba de Vácuo Supondo-se que um equipamento tenha sido devidamente testado e que não apresente vazamento, se as conexões da bomba ao circuito tiverem vazamentos, o vácuo não será bem feito, pois a bomba estará succionando não apenas do circuito frigorígeno, mas também o ar ambiente.

12.4 Dimensões das Linhas que Ligam a Bomba de Vácuo ao Circuito Frigorígeno As linhas devem ser mais curtas e com o maior diâmetro possível. Por exemplo, gasta-se cerca de oito vezes mais tempo para evacuar um circuito com uma linha de ¼² do que com uma linha de ½² de igual comprimento. Leva-se duas vezes mais tempo para se obter o mesmo vácuo com uma linha de 2 m do que com uma linha de 1 m de mesmo diâmetro.

Figura 12.3 – Óleo específico para bomba de vácuo.

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CAPÍTULO 12

Figura 12.4 — Bomba de vácuo Robinair (em corte).

Cuidados:

• Não use manômetros de baixa comuns para medir vácuos. • Não meça vácuo por horas de funcionamento da bomba de vácuo. • Sempre faça o teste de estanqueidade (vazamento) antes da evacuação. • Para medir o valor do vácuo, use sempre o vacuômetro eletrônico. • Utilize conjuntos Manifolds exclusivos para fluidos da família dos HFCs. • Não use conjuntos Manifolds de CFC e HCFC em sistemas com HFC. • Não utilize óleo para compressores nas bombas de vácuo. • Não meça o isolamento dos motores do circuito frigorígeno sob vácuo, pois isto pode provocar uma leitura errônea por meio do megaohmetro; deve-se medir o isolamento com o motocompresor em condições normais de instalação.

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Evacuação

Figura 12.5 – Vacuômetros (Robinair).

Figura 12.6 – Minivacuômetro (Robinair).

186

CAPÍTULO 12

12.5 Procedimentos Técnicos para Executar a Evacuação 1) Depois do problema sanado e o(s) componente(s) defeituoso(s) substituído(s), troque o filtro secador da linha de líquido e instale o conjunto Manifold. 2) Instale a mangueira de baixa do conjunto Manifold na válvula de serviço da sucção do motocompressor (figuras 12.7 e 12.8). 3) Instale a mangueira de alta do conjunto Manifold na válvula de serviço da descarga do motocompressor ou na válvula de serviço da linha de líquido (figura 12.8). 4) Instale a mangueira de serviço (a do meio) do conjunto Manifold na sucção da bomba de vácuo (figuras 12.7 e 12.8). 5) Coloque o sensor do vacuômetro eletrônico em qualquer ponto do circuito. 6) Ligue a bomba de vácuo e abra os registros de baixa e de alta do conjunto Manifold. 7) Leia o valor do vácuo no vacuômetro e, caso esteja igual a ou menor que 500 mícrons/Hg, feche primeiro os registros de baixa e de alta do conjunto Manifold antes de desligar a bomba de vácuo.

Figura 12.7 – Processo de evacuação pela linha de sucção.

187

Evacuação

8) Desligue a bomba de vácuo se certificando de que os registros de baixa e de alta do conjunto Manifold estão fechados. 9) Retire a mangueira de serviço (a do meio) do conjunto Manifold da bomba de vácuo e instale-a no registro da garrafa de fluido refrigerante. Nesse ponto, a evacuação estará completa e a carga de fluido refrigerante (gás) será descrita no capítulo 13.

Figura 12.8 – Processo de evacuação pelas duas linhas.

Figura 12.9 – Manifold digital (Robinair).

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CAPÍTULO 12

Início

Fazer e conectar tubulações de refrigerante

Testar estanqueidade

Fazer vácuo até 250 mícrons Hg nas tubulações

Quebrar vácuo com R-22

Conectar engates rápidos (S, SE) ou abrir válvulas de serviços das linhas de líquido e descarga (SEP/B-T)

Carregar R-22 (carga parcial)

Acionar equipamento

Completar carga R-22

Fim

ATENÇÃO Nunca carregue refrigerante no estado líquido pelo lado de baixa pressão do sistema Figura 12.10 – “Passo a passo” da Carrier para o vácuo e a carga de fluido refrigerante.

CAPÍTULO 13

Carga de Fluido Refrigerante

É o processo de abastecer o circuito frigorígeno do equipamento com o tipo e a quantidade corretos de fluido refrigerante. O primeiro ponto a ser observado é a placa de identificação do equipamento onde o fabricante indica o tipo e a quantidade de fluido refrigerante. Quando a carga de fluido refrigerante está correta e o circuito frigorígeno do equipamento funciona em condições normais, o visor da linha de líquido apresenta fluxo suave de líquido sem bolhas. A presença de bolhas no visor pode indicar:

• falta de fluido refrigerante no circuito; • filtro secador da linha de líquido parcialmente obstruído (entupido); • válvula de expansão termostática (VET) demasiadamente aberta ou superdimensionada. Portanto, visor borbulhando não significa necessariamente falta de fluido refrigerante no circuito. Um circuito que tenha falta de fluido refrigerante apresentará um superaquecimento excessivamente alto e baixa pressão de sucção do motocompressor. Cuidados:

• Antes de ligar motocompressores Scroll, verifique se as fases (R-S-T) não estão invertidas, pois se estiverem, o motocompressor emitirá um barulho estranho e as pressões de baixa e de alta no conjunto Manifold não se alterarão. 189

190

CAPÍTULO 13

• Em resfriadores de água (Water Chiller), a carga de fluido refrigerante deve ser feita com água circulando pelo evaporador e pelo condensador. • Durante a carga, ajuste o superaquecimento e o sub-resfriamento, até ficarem dentro das faixas que os fabricantes recomendam. • Antes de adicionar (completar) fluido refrigerante ao circuito frigorígeno do equipamento, verifique todos os sintomas da falta do fluido. • Use somente o fluido refrigerante recomendado pelo fabricante do equipamento. • Não carregue fluido refrigerante no circuito frigorígeno sem que tenham sido efetuados uma perfeita evacuação (máximo 500 mícrons/Hg) e teste de estanqueidade. • Não aplique chamas de maçarico sobre linhas que contenham fluidos refrigerantes. Sob a ação do calor, os fluidos refrigerantes se decompõem e formam vapores ácidos altamente tóxicos. • Sendo necessário retirar o fluido refrigerante do circuito frigorígeno, utilize uma transferidora de fluido para evitar a liberação dele na atmosfera. • Não role cilindros no chão. • Não transfira fluido refrigerante de um cilindro para outro recipiente que não seja adequado para tal uso, principalmente os descartáveis de 13,6 kg. • Não misture fluidos refrigerantes de tipos diferentes. • Durante a carga com o motocompressor em funcionamento, evite a carga de fluido refrigerante líquido por meio da sucção, pois poderá danificar os compressores que possuem placas de válvulas e comprometer a lubrificação.


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13.1 Procedimentos para Executar a Carga de Fluido Refrigerante 13.1.1 Em Self Contained, Split ou Chiller 1) Supõe-se que o circuito tenha sido devidamente testado contra vazamentos e evacuado corretamente. 2) Veja a figura 13.1. 3) Após fechar os registros de baixa e de alta do conjunto Manifold e desligar a bomba de vácuo, retire a mangueira de serviço (a do meio) do conjunto Manifold da bomba de vácuo e instale-a na válvula do cilindro de fluido refrigerante. 4 ) Retire o sensor do vacuômetro. 5) Abra primeiro o registro do cilindro de fluido refrigerante. 6) Folgue a mangueira de serviço do conjunto Manifold para retirar o ar desta (purgar) e aperte-a novamente. 7) Com o motocompressor desligado, abra o registro de baixa do conjunto Manifold até a pressão ficar em 40 PSIg (quebrar o vácuo). 8) Faça um jamper no pressostato de baixa. 9) Ligue o motocompressor. 10) Através do registro de baixa do conjunto Manifold, adicione aos poucos o fluido refrigerante. 11) Pare de adicionar fluido refrigerante quando os valores do superaquecimento e do sub-resfriamento estiverem dentro das faixas recomendadas pelo fabricante. Se a carga estiver sendo efetuada para verificar a massa do fluido refrigerante em gramas (g), pare quando o valor adicionado for o mesmo que o do manual do equipamento. 12) Retire o jamper do pressostato e do restante dos equipamentos. Observação: Quando o Self Contained possuir condensação a ar remoto, deve-se dimensionar os diâmetros da linha de descarga e da linha de líquido (quadro 13.1) e calcular a quantidade de fluido refrigerante que será adicionada a cada metro de distância (quadro 13.2). Essa quantidade adicional será somada às cargas que o Self (compressor + evaporador) e o condensador suportam.

192

CAPÍTULO 13

Figura 13.1 Quadro 13.1 – Diâmetros recomendados por circuito de 5 TR ou 7,5 TR

Unidade sistema 5 TR ou 7,5 TR

Comprimento da linha em m

Nº de bitola das conexões

0-10

10-30

L

D

L

D

L

D

1´1/2²

1´1/2²

1´1/2²

1´3/4²

1´5/8²

1´7/8²

O comprimento indicado no quadro 13.1 já inclui os comprimentos equivalentes por válvulas, cotovelos, conexões “T”, reduções etc.

193


Quadro 13.2 – Carga adicional de fluido refrigerante para as linhas de líquido e de descarga em um Self com condensador remoto.

Peso do R-22 nas tubulações de interligação Diâmetro externo

Líquido saturado 55°C

Descarga superaq. 86°C

Cobre

g/m

g/m

1/2²

100

—

5/8²

160

—

3/4²

—

16

7/8²

—

23

13.1.2 Para Dar Carga em Câmaras Frigoríficas 1) Supõe-se que o circuito tenha sido devidamente testado contra vazamentos e evacuado corretamente. 2) Após fechar os registros de baixa e de alta do conjunto Manifold e desligar a bomba de vácuo, retire a mangueira de serviço (a do meio) do conjunto Manifold da bomba de vácuo e instale-a na válvula do cilindro de fluido refrigerante. 4) Retire o sensor do vacuômetro. 5) Abra primeiro o registro do cilindro de fluido refrigerante. 6) Folgue a mangueira de serviço do conjunto Manifold para retirar o ar desta (purgar) e aperte-a novamente. 7) Com o motocompressor desligado, abra o registro de baixa do conjunto Manifold até a pressão ficar em 40 PSIg (quebrar o vácuo). 8) Verifique no catálogo do fabricante qual o valor do )T do evaporador (exemplo: )T = 8). 9) Consulte qual a temperatura interna da câmara (exemplo: temperatura interna = -1ºC). 10) Nesse exemplo com a temperatura interna de -1ºC e com o )T do evaporador igual a 8 (oito), o fluido refrigerante a ser utilizado terá que evaporar 8ºC a menos que a temperatura interna, ou seja, a temperatura de evaporação será igual a -9ºC.

194

CAPÍTULO 13

10) Verifique o tipo de fluido refrigerante utilizado. Utilize a tabela ou régua de converssão (pressão para temperatura) e converta a temperatura de evaporação em pressão (exemplo: se o fluido utilizado for R-22, com uma temperatura de evaporação de -9ºC, a pressão de sucção será igual a 39 PSIg). 8) Faça um jamper no pressostato de baixa. 9) Ligue o motocompressor. 10) Através do registro de baixa do conjunto Manifold, adicione aos poucos o fluido refrigerante e monitore a temperatura interna, a pressão de sucção e a temperatura de evaporação. 11) De acordo com o exemplo, a carga de fluido refrigerante estará completa quando simultaneamente forem registrados:

• Temperatura interna da câmara = -1ºC. • Pressão de sucção = 39 PSIg (temperatura de evaporação = -9ºC). 12) Retire o jamper do pressostato e dos demais equipamentos.

13.1.3 Recuperação do Fluido Refrigerante Se não houve contaminação do fluido refrigerante, pode-se realizar antes da evacuação o processo de recuperação do fluido refrigerante. Para isso, deve-se utilizar uma “recuperadora de gás” conforme a ilustrada na figura 13.2. Com a recuperação do fluido, há economia na recarga.

Figura 13.2 – Recuperadora de gás.


Figura 13.3 – Esquema da recuperação do fluido refrigerante.

195

CAPÍTULO 14

Balanceamento do Circuito Frigorígeno

O balanceamento do circuito frigorígeno consiste no ajuste do superaquecimento e do sub-resfriamento.

14.1 Superaquecimento É um dos ajustes mais importantes nos equipamentos de refrigeração e condicionamento de ar. É o responsável pela proteção do compressor contra golpes de líquidos, pelo resfriamento adequado do motocompressor e pela eficiência do equipamento. Consiste em um aquecimento adicional do vapor que se formou no evaporador para assegurar a inexistência de líquido no refrigerante succionado pelo compressor. O valor do superaquecimento em um circuito frigorígeno é regulado pela válvula de expansão. Aplica-se o ajuste a todo equipamento que utilize válvulas de expansão termostática.

14.1.1 Verificações em um circuito com fluido refrigerante R-22 • Instale o manômetro de baixa com escala em PSIg na conexão da válvula de serviço ou válvula “Schrader” (sucção do compressor).

197

198

CAPÍTULO 14

• Lixe o tubo de sucção o mais próximo possível do bulbo da válvula de expansão. • Instale neste ponto o sensor do termômetro eletrônico e isole-o termicamente. • Após cinco minutos, verifique a pressão de baixa e a temperatura de sucção (t2). • Verifique na tabela de refrigerante R-22 ou na régua de conversão a pressão em temperatura com a pressão de sucção e encontre a temperatura de evaporação (t1). • Determine o superaquecimento subtraindo a temperatura da sucção (medida com um termômetro) da temperatura de evaporação (t2 – t1). Caso seja necessário, regule a válvula de expansão atuando no parafuso de regulagem até que o superaquecimento esteja na faixa recomendada pelo fabricante. As leituras devem ser efetuadas, pelo menos, um minuto após cada atuação no parafuso de regulagem. Isto permite que o sistema se estabilize. Exemplo: Considere que o sistema configurado na figura 14.1 funcione com R-22. Medições efetuadas: Pressão de sucção = 70 PSIg Temperatura de sucção = 12°C (medida no bulbo da válvula de expansão) Da tabela de vapor saturado de R-22 ou régua de conversão de pressão em temperatura obtém-se a temperatura de evaporação a 70 PSIg = 5°C. O superaquecimento desse equipamento é 12 - 5 = 7°C. A constatação do superaquecimento fora da faixa de recomendação do fabricante pode ser decorrente dos seguintes fatores, entre outros:

• Carga inadequada de fluido refrigerante no circuito frigorígeno: no caso de falta de refrigerante, o líquido no evaporador se transforma em vapor muito antes de deixar o evaporador, porém esse vapor


199

Figura 14.1 – Efetuando o cálculo do superaquecimento.

continua a ser aquecido pelo ar que atravessa o evaporador e, com isso, o superaquecimento se eleva. À medida que se acrescenta refrigerante ao sistema, o superaquecimento diminui sem que seja necessário atuar na regulagem da válvula de expansão.

• Filtro secador da linha de líquido obstruído: neste caso, o refrigerante fica confinado no condensador e o evaporador é subalimentado. Como no caso anterior, o superaquecimento é alto, porém nem sempre é necessário acréscimo de fluido refrigerante ao circuito frigorígeno. • Excesso ou escassez de carga térmica no evaporador: no caso de excesso de carga, o fluido refrigerante no interior do evaporador se transforma em vapor muito antes de atingir a sua saída. O superaquecimento é alto. No caso de escassez de carga térmica, mesmo com a válvula de expansão procurando sua posição mais fechada, a quantidade de líquido que passa pela válvula pode ser excessiva e o superaquecimento tende a diminuir, podendo em casos extremos permitir a ida de fluido refrigerante líquido ao compressor. Exemplos típicos desse caso são o de congelamento do evaporador, quebra da correia do ventilador do evaporador, ventilador com rotação invertida, aletas do evaporador obstruídas, filtros de ar sujos etc.

200

CAPÍTULO 14

• Válvula de expansão super ou subdimensionada: uma válvula de expansão superdimensionada poderá funcionar satisfatoriamente se o sistema estiver à plena carga, porém sob cargas térmicas reduzidas, o evaporador será superalimentado. Neste caso, o superaquecimento será baixo. Por outro lado, uma válvula de expansão subdimensionada poderá funcionar satisfatoriamente se o sistema estiver sob carga térmica reduzida, porém sob condições à plena carga, o evaporador será subalimentado. Neste caso, o superaquecimento será elevado. • Válvula solenóide da linha de líquido obstruída: os efeitos são semelhantes aos do filtro da linha de líquido obstruído. • Refrigerante contendo óleo em excesso: o óleo que circula com o refrigerante em qualquer sistema de refrigeração cria um filme isolante nos tubos do evaporador, dificultando a evaporação do fluido refrigerante. Em certos casos, o fluido refrigerante líquido pode atingir a linha de sucção. Neste caso, o superaquecimento diminui. Cuidados:

• Isole termicamente o bulbo do termômetro e o da válvula de expansão. • Não permita que o equipamento funcione com superaquecimento fora da faixa recomendada pelo fabricante. • Regule a válvula de expansão com o equipamento à plena carga.

Figura 14.2 – Visualização do superaquecimento no evaporador.


201

14.2 Sub-resfriamento É o resfriamento adicional que se dá ao fluido refrigerante liquefeito no condensador. Teoricamente, quanto maior o sub-resfriamento para uma determinada pressão de condensação, maior é a capacidade do equipamento. Geralmente os fabricantes de equipamentos indicam para sistemas com fluido refrigerante R-22 um mínimo de 4°C. Aplica-se o ajuste a todos os equipamentos com condensação a ar ou a água.

14.2.1 Verificações em um circuito com fluido refrigerante R-22 • Instale o manômetro de alta com escala em PSIg na conexão da válvula de serviço ou válvula Schrader (descarga do compressor ou linha de líquido). • Lixe o tubo da linha de líquido o mais próximo possível da válvula de expansão (após o filtro secador se a linha de líquido for longa) ou na saída co condensador (se a linha de líquido for curta). • Instale neste ponto o sensor do termômetro eletrônico e isole-o termicamente. • Após cinco minutos, verifique a pressão de alta e a temperatura da linha de líquido (t1). • Verifique na tabela de refrigerante R-22 ou régua de conversão a pressão em temperatura com a pressão de alta e encontre a temperatura de condensação (t2). • Determine o sub-resfriamento subtraindo-se a temperatura de saturação (condensação) da temperatura da linha de líquido medida com o termômetro) (t2 – t1). Exemplo: Considere que o sistema configurado na figura 14.3 funcione com R-22.

202

CAPÍTULO 14

Figura 14.3 – Efetuando o cálculo do sub-resfriamento.

Medições efetuadas: Pressão de descarga ou linha de líquido = 190 PSIg Temperatura da linha de líquido = 31°C (medida com um termômetro próximo à VET) Por meio da tabela ou régua de conversão da pressão em temperatura de R-22, obtém-se a temperatura de condensação a 190 PSIg = 37°C. O sub-resfriamento desse equipamento é 37 - 31 = 6°C, que é satisfatório. A constatação do sub-resfriamento fora da faixa de recomendação do fabricante pode ser decorrente dos seguintes fatores, entre outros:

• vazão da água ou do ar no condensador excessiva; • vazão da água ou do ar no condensador abaixo do projeto; • condensador a água ou a ar sujo;


203

• válvula de expansão desregulada; • falta ou excesso de fluido refrigerante no circuito; • condensador Shell & Tube com vazamento; • válvula solenóide da linha de líquido obstruída; • filtro da linha de líquido obstruído; • fluido refrigerante contendo excessiva quantidade de óleo; • presença de não-condensáveis no circuito frigorígeno. Cuidados:

• Isole termicamente o bulbo do termômetro. • Regule a válvula de expansão termostática com o equipamento à plena carga. • Mantenha a temperatura e a vazão de água ou de ar de condensação nas condições de projeto. Observações: Ao abrir a válvula de expansão termostática (VET) Baixam-se o superaquecimento e o sub-resfriamento. Ao fechar a válvula de expansão termostática (VET) Elevam-se o superaquecimento e o sub-resfriamento. Ao adicionar fluido refrigerante Baixa-se o superaquecimento e eleva-se o sub-resfriamento Ao retirar fluido refrigerante Eleva-se o superaquecimento e baixa-se o sub-resfriamento Motocompressores herméticos Superaquecimento = 6 a 9°C

204

Motocompressores semi-herméticos Superaquecimento = 7 a 11°C Self Contained e Water Chiller — condensação a água Sub-resfriamento = 6 a 11°C Self Contained e Water Chiller — condensação a ar Sub-resfriamento = 7 a 13°C

CAPÍTULO 14

205


Tabela 14.1 — Conversão pressão (PSIg) ´ temperatura (°C) R-22 PSIg

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

PSIG

30

-14,0

-13,4

-13,3

-12,1

-11,6

-11,1

-10,5

-10,0

-9,5

-8,9

30

40

-8,4

-7,8

-7,3

-6,8

-6,3

-5,8

-5,3

-4,9

-4,4

-3,9

40

50

-3,5

-3,0

-2,6

-2,1

-1,6

-1,2

-0,8

-0,4

0,0

0,4

50

60

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

2,8

3,2

3,6

4,0

4,4

60

70

4,8

5,1

5,5

5,8

6,2

6,5

6,9

7,2

7,6

8,0

70 80

80

8,3

8,7

9,0

9,4

9,7

10,1

10,4

10,7

11,0

11,3

90

11,6

11,9

12,2

12,5

12,8

13,1

13,5

13,8

14,1

14,4

90

100

14,7

15,0

15,3

15,6

15,9

16,2

16,5

16,8

17,0

17,3

100

110

17,6

17,9

18,2

18,4

18,7

19,0

19,3

19,6

19,8

20,1

110

120

20,4

20,7

21,0

21,2

21,5

21,7

21,9

22,2

22,4

22,7

120

130

22,9

23,1

23,4

23,6

23,9

24,1

24,4

24,6

24,9

25,1

130

140

25,4

25,6

25,9

26,1

26,4

26,6

26,8

27,0

27,3

27,5

140

150

27,7

27,9

28,2

28,4

28,6

28,8

29,1

29,3

29,5

29,7

150

160

30,0

30,2

30,4

30,6

30,8

31,1

31,3

31,5

31,7

32,0

160

170

32,2

32,4

32,6

32,8

33,0

33,2

33,4

33,6

33,8

34,0

170

180

34,2

34,4

34,6

34,8

35,0

35,2

35,4

35,6

35,8

36,0

180

190

36,2

36,4

36,6

36,7

36,9

37,1

37,3

37,5

37,7

37,9

190

200

38,1

38,3

38,4

38,6

38,8

39,0

39,2

39,4

39,5

39,7

200

210

39,9

40,1

40,3

40,4

40,6

40,8

41,0

41,2

41,4

41,5

210

220

41,7

41,9

42,1

42,3

42,4

42,6

42,8

43,0

43,2

43,4

220

230

43,5

43,7

43,8

44,0

44,2

44,4

44,5

44,7

44,9

45,0

230

240

45,2

45,4

45,5

45,7

45,9

46,0

46,2

46,4

46,5

46,7

240

250

46,8

47,0

47,1

47,3

47,5

47,6

47,8

47,9

48,1

48,2

250

260

48,4

48,6

48,7

48,9

49,0

49,2

49,3

49,5

49,6

49,8

260

270

50,0

50,1

50,3

50,4

50,6

50,7

50,9

51,0

51,2

51,4

270

280

51,5

51,6

51,8

51,9

52,1

52,2

52,4

52,5

52,7

52,8

280

290

53,0

53,1

53,3

53,4

53,6

53,7

53,9

54,1

54,2

54,4

290

300

54,5

54,6

54,8

54,9

55,0

55,2

55,3

55,5

55,6

55,7

300

310

55,9

56,0

56,1

56,3

56,4

56,6

56,7

56,8

57,0

57,1

310

320

57,2

57,4

57,5

57,6

57,8

57,9

58,0

58,1

58,3

58,4

320

330

58,5

58,7

58,8

58,9

59,1

59,2

59,3

59,4

59,6

59,7

330

340

59,8

60,0

60,1

60,2

60,4

60,5

60,6

60,7

60,6

61,0

340

350

61,1

61,2

61,4

61,5

61,6

61,8

61,9

62,0

62,2

62,3

350

360

62,4

62,6

62,7

62,8

62,9

63,0

63,1

63,2

63,4

63,5

360

370

63,6

63,7

63,8

63,9

64,0

64,1

64,2

64,4

64,5

64,6

370

380

64,7

64,8

64,9

65,0

65,1

65,3

65,4

65,5

65,6

65,7

380

PSIG

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

PSIG

206

CAPÍTULO 14

RÉGUA — PRESSÃO ´ TEMPERATURA

Figura 14.4

CAPÍTULO 15

Cálculo de Desbalanceamento de Voltagem

A voltagem fornecida deve estar de acordo com a voltagem na placa de identificação do equipamento (câmara fria, Self Contained ou Water Chiller). A voltagem entre as fases deve ser equilibrada dentro de 2% de desbalanceamento e a corrente dentro de 10%, com o motocompressor em funcionamento. Cálculo: D: desbalanceamento de voltagem (%) M: maior diferença em relação à voltagem média V: voltagem média (V) D=

M V

207

208

CAPÍTULO 15

Exemplo: Suprimento de força nominal

380 V — 3 f — 60 Hz Medições: AB = 383 V BC = 378 V AC = 374 V

Voltagem média =

383 + 378 +374 = 378 V 3

Diferenças em relação à voltagem média: AB = 383 – 378 = 5 BC = 378 – 378 = 0 AC = 378 – 374 = 4 A maior diferença é 5 V. Logo o desbalanceamento de voltagem % é: D=

M V

onde M = 5; V = 378 D=

5 = 0,0132 ´ 100 = 1,32% (OK ) 378

Observação: Deve-se efetuar o cálculo do desbalanceamento de corrente da mesma forma que o de desbalanceamento de voltagem.

Bibliografia Consultada

Manual de ar condicionado Trane. La Crosse: Trane, 1980. 458 p. il. Manual de instalação, operação e manuntenção. São Paulo: Danfoss, [s.d]. 39 p. il. Mycom Compressor Parafuso. São Paulo: Mycom Mayekawa do Brasil, [s.d]. 42 p. il. Santos, Afonso Henriques Moreira. Conservação de energia: eficiência energética de instalações e equipamentos. 2ª ed. Itajubá: Fupai, 2001. 467 p. il. Springer Carrier. Programa de desenvolvimento técnico: fundamentos de condicionamento do ar. [s.l], [s.d]. ———. Programa de desenvolvimento técnico: projeto de sistemas de ar condicionado. [s.l], [s.d].

209

Anexos

211

213

Anexos

Quadro 1 – Conversão de unidades.

214

Anexos

Quadro 2 – Conversão de unidades.

215

Anexos

Figura 1 – Pressão da linha de líquido ´ temperatura da linha de líquido.

216

Figura 2 – Exemplo de um cálculo do superaquecimento (superheat) com as forças atuantes numa válvula de expansão termostática (VET) Sporlan.

217

Anexos

Figura 3 – Forças atuantes, a faixa do superaquecimento (superheat) e temperaturas do bulbo e evaporador numa válvula de expansão termostática (VET) Sporlan.

218

Figura 4 – Válvula de expansão termostática (VET) Sporlan em corte.

219

Anexos

Quadro 3 – Faixas de trabalho para pressões de sucção e linha de líquido em Splits de 18.000 BTU/h até 60.000 BTU/h.

220

Figura 5 – Self Contained Carrier – Green com fluido refrigerante R-407c (HFC).

221

Anexos

Figura 6 – Exemplo de um comando elétrico de um Self Contained Carrier 5 TR com condensação a ar. Legenda: BF – Borneira de força C – Contator do motocompressor CLO – Relé de proteção do motocompressor IFM – Motoventilador do evaporador OFM – Motoventilador do condensador OFC – Contator do motor do condensador OLOF – Relé de sobrecarga do ventilador do condicionador

OLIF –

Relé de sobrecarga do ventilador do evaporador T – Termostato SW – Chave de 4 posições LPS – Pressostato de baixa HPS – Pressostato de alta IFC – Contator do motor do evaporador RSF – Relé de seqüência de fase

222

Figura 7 – Exemplo de um diagrama elétrico de força de um Self Contained Carrier 5 TR com condensação a ar.

223

Anexos

CLO (COMPRESSOR LOCK-OUT) O CLO é um dispositivo de proteção contra ciclagem automática do compressor quando houver o desligamento por elementos de segurança (pressostato de alta ou baixa, line break, termostato interno e relê de sobrecarga). O CLO monitora a corrente que passa no laço sensor, acionando ou não um relê se a condição lógica for falsa ou verdadeira. Após o desligamento pelo dispositivo de proteção, o CLO impede o religamento automático quando houver normalização da situação, evitando assim a ciclagem do compressor. Uma corrente abaixo de 4A± 1 através do laço sensor faz abrir o contato normalmente fechado entre os terminais 2 e 3 do CLO. Os terminais 1 e 2 são da fonte de alimentação 24V ± 10% em todas as unidades. Uma vez verificada e sanada a causa do desarme, o religamento (reset) pode ser feito desligando e religando a unidade no termostato/chave de controle ou mediante a restauração da força através do laço sensitivo.

Figura 8 – Dispositivo de proteção CLO.

224

Figura 9 – Gráfico psicrométrico ou carta psicrométrica.

Anexos

225

Tabela 1 – Dados que o técnico ou mecânico em refrigeração deve consultar para o dimensionamento das linhas de sucção e líquido em um sistema de refrigeração comercial com R-134a.

226

Figura 10 – Exemplo de um esquema para realizar a evacuação e a carga de fluido refrigerante em um Split System.

227

Anexos

Figura 11 – Retrofit ® DuPont – Atualização tecnológica e ecológica.

228

PROGRAMA (SOFTWARE FREE) PARA ANÁLISE DE SISTEMAS O link abaixo é utilizado para "baixar" o Programa (Software Free) CoolPack, este programa serve para analisar os diversos tipos de sistemas e equipamentos de refrigeração ou ar condicionado, a figura a seguir mostra a página do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Denmark. http://www.et.web.mek.dtu.dk/Coolpack/UK/download.html

Figura 12

Índice

PREFÁCIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Capítulo 1 CIRCUITO FRIGORÍGENO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Capítulo 2 CIRCUITO FRIGORÍGENO TERMODINÂMICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1 Circuito Teórico Simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2 Circuito Real Simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3 Entalpia e Pressão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3.1 Entalpia (H) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3.2 Pressão (P) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4 Diagramas Pressão ´ Entalpia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Capítulo 3 TIPOS DOS COMPONENTES BÁSICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.1 Fluidos ou Gases Refrigerantes . . . . . . . . . 3.1.1 Famílias de Fluidos Refrigerantes . . . . CFC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . HCFC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . HFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Diagrama PH dos Fluidos Refrigerantes .

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27 29 29 29 30 31

3.2 Motocompressores e Compressores 3.2.1 Categoria de Compressão . . Alternativo . . . . . . . . . . . . Rotativo . . . . . . . . . . . . . Scroll . . . . . . . . . . . . . . . Parafusos . . . . . . . . . . . . Centrífugo . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Categoria de Acoplamento . .

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31 32 32 33 35 37 40 42

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. . . . . . . .

3.3 Condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 231

274

3.3.1 Condensadores a Água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.3.2 Condensador a Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.3.3 Condensador Evaporativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.4 Dispositivos de Expansão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.5 Evaporadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Capítulo 4 COMPONENTES AUXILIARES DE PROTEÇÃO E CONTROLE. . . . . . . . . . 59 4.1 Filtro Secador ou Desidratante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2 Visor de Líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.2.1 Visor com Indicador de Umidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.3 Válvula de Retenção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.4 Válvula Solenóide da Linha de Líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4.5 Válvula de Serviço . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.6 Válvula do Tipo Schrader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.7 Válvula ou Registro Manual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.8 Válvula de Segurança do Tipo Plugue Fusível . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.9 Válvula de Segurança do Tipo Alívio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.10 Acumulador de Sucção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.11 Intercambiador de Calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.12 Separador de Óleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.13 Tanque de Líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.14 Tubo Flexível . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.15 Pressostatos Eletromecânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.16 Termostatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Capítulo 5 REFRIGERAÇÃO COMERCIAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.1 Câmaras Frigoríficas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Aproveitamento Total da Câmara Frigorífica . . . . . . . 5.1.2 Evaporadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Unidades Condensadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 Tubulações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.5 Exemplo do Funcionamento de uma Câmara Frigorífica 5.1.6 Unidades Plug-In . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.7 Controles Digitais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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79 81 82 83 87 91 94 95

5.2 Balcões e Expositores Frigoríficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.3 Rack com Compressor em Paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

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Índice

5.4 Fabricador de Gelo Comercial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Capítulo 6 CONDICIONADORES DE AR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 6.1 Condicionador de Ar — Self Contained . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 6.2 Condicionador de Ar – Separado ou Split System . . . . . . . . . . . . . . 109 Capítulo 7 SISTEMA DE ÁGUA GELADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 7.1 O Resfriador de Água ou Líquido (Water Chiller). . . . . . . . . . . . . . . 121 7.2 O Sistema de Expansão Direta (DX) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.3 O Sistema de Água Gelada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 7.4 O Resfriador Dividido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 7.5 O Resfriador Refrigerado a Ar (Condensação a Ar). . . . . . . . . . . . . . 127 7.6 Circuito Frigorígeno do Chiller (o Ciclo de Refrigeração) . . . . . . . . . . 127 7.7 Componentes do Resfriador . . . . . . . . 7.7.1 Compressor. . . . . . . . . . . . . . 7.7.2 Evaporador (Cooler ou Resfriador) 7.7.3 Condensador . . . . . . . . . . . . . 7.7.4 Acessórios e VET . . . . . . . . . .

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130 130 132 135 138

7.8 Condicionador de Ar Central do Tipo Fan Coil . . . . . . . . . . . . . . . . 140 7.9 Duplo Circuito do Fluido Refrigerante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 7.10 Fluxo de Água no Evaporador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 7.11 Pressões do Lado de Alta nos Chillers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 7.12 Chillers com Controles Eletrônicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Capítulo 8 CAPACIDADE TÉRMICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 8.1 Rendimento Térmico ou Capacidade Térmica . . . . . . . . . . . . . . . . 153 8.2 Cálculo da Vazão de Ar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Capítulo 9 UMIDADE E QUEIMA DE MOTORES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.1 Umidade no Circuito Frigorígeno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.1 Congelamento na Sede da Válvula de Expansão Termostática 9.1.2 Formação de Ácidos Clorídrico e Fluorídrico . . . . . . . . . . 9.1.3 Decomposição do Óleo Lubrificante. . . . . . . . . . . . . . . . 9.1.4 Deposição de Cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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165 165 165 165 166

9.2 Queima de Motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

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9.3 Teste de Acidez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Capítulo 10 LIMPEZA DE CIRCUITOS FRIGORÍGENOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 10.1 Sedimentação Carbonosa do Óleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.2 Corrosão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.3 Plaqueamento de Cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.4 Queima de Motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 10.4.1 Moderada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 10.4.2 Grave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 10.5 Limpeza dos circuitos após queima com circulação de fluido refrigerante HCFC-141b ou Vertrel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 10.6 Limpeza dos circuitos após queima com filtros de sucção (HH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 10.6.1 Sem reaproveitamento do fluido refrigerante. . . . . . . . . . . . . 175 10.6.2 Com reaproveitamento do fluido refrigerante . . . . . . . . . . . . 175 Capítulo 11 TESTE DE VAZAMENTO DO FLUIDO REFRIGERANTE . . . . . . . . . . . . . 177 11.1 Espuma de Sabão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 11.2 Detector Eletrônico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 11.3 Sob Vácuo (Teste de Estanqueidade) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Capítulo 12 EVACUAÇÃO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 12.1 Tamanho do Equipamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 12.2 Capacidade da Bomba de Vácuo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 12.3 Vazamento nas Conexões da Bomba de Vácuo . . . . . . . . . . . . . . . 183 12.4 Dimensões das Linhas que Ligam a Bomba de Vácuo ao Circuito Frigorígeno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 12.5 Procedimentos Técnicos para Executar a Evacuação. . . . . . . . . . . . 186 Capítulo 13 CARGA DE FLUIDO REFRIGERANTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 13.1 Procedimentos para Executar a Carga de Fluido Refrigerante. . . . . . . 191 13.1.1 Em Self Contained, Split ou Chiller . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 13.1.2 Para dar Carga em Câmaras Frigoríficas . . . . . . . . . . . . . . . 193

Índice

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13.1.3 Recuperação do Fluido Refrigerante. . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Capítulo 14 BALANCEAMENTO DO CIRCUITO FRIGORÍGENO . . . . . . . . . . . . . . . . 197 14.1 Superaquecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 14.1.1 Verificações em um circuito com fluido refrigerante R-22: . . . . . 197 14.2 Sub-resfriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 14.2.1 Verificações em um circuito com fluido refrigerante R-22: . . . . . 201 CAPÍTULO 15 CÁLCULO DE DESBALANCEAMENTO DE VOLTAGEM . . . . . . . . . . . . . 207 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 CLO (Compressor Lock-out) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Cool Pack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Livro Refrigeracao Castro

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