Os principais tipos de compressores frigoríficos :
Refrigeraço e Ar - Condicionado
Componentes Básicos do Sistema de Refrigeração
Compressores
O compressor é o coração do sistema de compressão de vapor.
É usado por uma única razão: recuperar o líquido expandido para que ele possa tornar a ser usado inúmeras vezes (fechando o ciclo).
Se um reservatório de amônia fosse expandido na serpentina de resfriamento e descarregado na atmosfera, o efeito refrigerante seria
o mesmo, mas:
1º) seria preciso repor o reservatório cada vez que se esgotasse;
2º) como a amônia é um refrigerante de alta toxidade e inflamabilidade, ocorreriam problemas de intoxicação de pessoas e/ou incêndios nas proximidades da instalação;
3º) o custo de funcionamento do sistema seria demasiadamente elevado.
Os principais tipos de compressores frigoríficos :
1. Compressor Alternativo (de êmbolo);
2. Compressor de Parafuso;
3. Compressor de Palheta ;
4. Compressor Centrífugo e
5. Compressor Scroll.
Compressor Alternativo
compreende uma combinação de um ou mais conjuntos de pistão e cilindro.
O pistão se desloca em movimento alternativo, aspirando o gás num curso, comprimindo e descarregando-o no curso de retorno.
Compressor Rotativo de Parafuso é um outro tipo de unidade de deslocamento positivo.
Foi usado pela primeira vez em refrigeração em fins da década de 1950, mas está ganhando terreno rapidamente, em virtude de sua relativa simplicidade. Basicamente ele consiste em duas engrenagens helicoidais ajustadas entre si, sendo uma delas macho e a outra fêmea, num invólucro estacionário com aberturas de sucção e descarga.
Para tornar estanques as roscas, na maioria dos projetos, é bombeado óleo através do compressor, junto com o refrigerante.
Compressor Rotativo de Palhetas Deslizantes é uma unidade de deslocamento positivo, i.e., aprisiona
o gás em volume determinado, comprime-o girando dentro de um cilindro, com palhetas deslizantes forçadas
contra a parede de cilindro.
Quando o espaço entre duas das paletas passa em frente à abertura de sucção, o volume de gás aprisionado é grande.
À medida que se desloca em torno do cilindro, este espaço vai se tornando menor, sendo assim o gás comprimido até a pressão máxima, quando é descarregado do cilindro pela tubulação
de descarga.
No Compressor Centrífugo , o gás passa sucessivamente por cilindros, conferindo-lhe estágios,
necessários para aumentos parciais de pressão até atingir a pressão de descarga requerida.
No Compressor Scroll , o gás passa por entre duas espirais, sendo uma fixa e outra móvel.
De acordo que a espiral se movimenta o gás aprisionado é levado para o centro das espirais, aumentando gradativamente a sua pressão até a saída.
Podem se divididos ainda pela Pressão de Evaporação:
1. Baixa Pressão;
2. Média/Alta Pressão;
3. Pressão Comercial.
Baixa Pressão de Evaporação (LBP) -34,4 a –12,2ºC
Média/Alta Pressão de Evaporação (MBP/HBP) -15,0 a +12,8ºC
-20,0 a +10,0ºC
Pressão Comercial de Evaporação (CBP) -17,8 a +10,0ºC
Alta Pressão de Evaporação/Condicionador de Ar
(HBP/AC) 0,0 a +12,8ºC
O uso de um compressor fora da sua faixa de aplicação pode resultar nas seguintes conseqüências:
Perda de rendimento; Superaquecimento; Alto consumo de energia; Redução drástica da vida útil e Perda da capacidade de partida.
Compressores Alternativos
Os compressores alternativos foram os primeiros a ser utilizados comercialmente em refrigeração
industrial.
Apesar disso, este tipo de compressor vem sendo aprimorado, e não se pode considerá-lo um tipo
antiquado de compressor.
Acompanhando as tendências apresentadas pelas máquinas rotativas, a rotação destes
têm aumentado durante os últimos 20 anos, a rotação variou de 120 a 180 rpm nos primeiros compressores até rotações da ordem de 3000 rpm nos compressores mais modernos.
Divididos em Compressores
Abertos, Semi-Herméticos e Herméticos , os compressores alternativos são o elemento fundamental na indústria de refrigeração.
Compressores Alternativos Abertos
São aqueles em que o eixo de acionamento sai da carcaça para se acoplar um motor de acionamento
(elétrico ou de combustão), São normalmente utilizados para altas potências de refrigeração.
Compressores Alternativos Semi-Herméticos
São compressores de potência intermediária.
Têm uma carcaça única mas apresentam o cabeçote removível, permitindo a manutenção das válvulas e dos êmbolos do compressor,
O motor elétrico não é externo, está acoplado dentro do compressor.
Como não tem ponta de eixo, também não possui volante.
Eliminando as correias de ligação com o motor externo (compressores abertos), proporciona uma
economia de 6% no consumo de energia, sendo que a condição de trabalho do compressor melhora pois o
mesmo é resfriado pelo próprio fluido do sistema.
Compressor Alternativo Semi-Hermético
Compressor Alternativo Semi-Hermético em Corte
Compressores Alternativos Herméticos
São normalmente de pequena capacidade e tanto o motor de acionamento (elétrico) como o compressor
são encerrados dentro de um único invólucro.
Tem como grande vantagem o não vazamento de refrigerante através da ponta de eixo, como pode ocorrer com os compressores abertos, pois não possuem parafusos.
Não existe assim a possibilidade de acesso aos componentes internos para o caso de manutenção, devido a isso, são descartáveis, ou seja, em caso de queima a única solução é a substituição total do equipamento.
Compressor Alternativo Hermético
O Processo de Compressão
Normalmente se entende por compressão as três fases pelas quais o refrigerante passa dentro do cilindro
do compressor.
São elas:
1. Admissão;
2. Compressão e
3. Descarga.
Admissão (ou Sucção)
Quando o pistão começa um movimento descendente, a válvula de sucção se abre.
O aumento do volume interno do cilindro cria uma “depressão” (a pressão interna do cilindro diminui), que faz com que o gás do lado de baixa preencha todo o cilindro.
A admissão acaba quando o pistão inicia o movimento ascendente.
Movimento do Pistão do Compressor
Compressão
Ao iniciar o movimento ascendente, o pistão faz com que a pressão suba ligeiramente, o que fará com
que a válvula de sucção se feche.
O gás dentro do cilindro ficará confinado e, com a subida do pistão, haverá um
aumento de pressão e temperatura devido à diminuição do volume do gás.
O pistão continuará a subir e a compressão só se encerrará no momento em que a pressão dentro do
cilindro atingir o ponto de abertura das molas que até então mantinham a válvula de descarga fechada.
Descarga
Com a pressão interna sendo maior que a das molas da válvula de descarga, esta se abre permitindo o
escoamento do gás (a alta pressão e temperatura) para a câmara de descarga do compressor.
Este processo tem início pouco antes do fim do movimento ascendente do pistão e termina quando se inicia o movimento descendente.
Volume Nocivo
Volume Nocivo ou Espaço Nocivo é o espaço entre a face do pistão e a placa da válvula de descarga no
ponto morto superior do curso.
Esta folga deve ser a menor possível, de modo a forçar o vapor de refrigerante comprimido a passar pela válvula de descarga.
Qualquer vapor remanescente irá se expandir novamente no curso de sucção, enchendo parcialmente o cilindro e reduzindo o seu volume efetivo, i.e., a eficiência volumétrica do compressor.
Eficiência Volumétrica ()V
A eficiência volumétrica é um parâmetro básico na análise do desempenho dos compressores
alternativos. A eficiência volumétrica devida ao volume nocivo é chamada “Eficiência Volumétrica Teórica” é
representada pelo símbolo
A eficiência volumétrica real é aquela que associa todos os efeitos e é V
representada pelo símbolo V R está representado um ciclo teórico completo de compressão.
Usando esta figura, pode-se deduzir uma expressão para a eficiência volumétrica teórica em função das propriedades termodinâmicas do refrigerante e das características construtivas do compressor.
A capacidade Frigorífica de um compressor depende da quantidade de fluido refrigerante que está
sendo deslocado.
Esta quantidade vai depender dos seguintes parâmetros:
1. Quantidade de Cilindros: os compressores alternativos normalmente são encontrados em 4, 6, 8, 12 e 16
cilindros; quanto mais, maior a capacidade.
2. Rotação: quanto maior a rotação a capacidade aumentará proporcionalmente.
Pode-se usar acoplamento
direto do compressor com o motor (no máximo 1800rpm) ou utilizar um sistema de redução de correias e
polias.
3. Dimensões do Cilindro: a cada volta do virabrequim, um determinado volume de refrigerante é deslocado.
Aumentando esse volume, é aumentada a capacidade do compressor.
Assim existem compressores com
diâmetros e cursos variados, para atender às diversas capacidades necessárias aos diferentes tipos de
instalações.
O compressor frigorífico, por si só, não possui qualquer capacidade frigorífica, mas sim uma capacidade
de deslocar uma dada massa de refrigerante.
Este fluxo de massa deslocado pelo compressor em um sistema frigorífico será convertido em capacidade frigorífica pelo evaporador do sistema.
Influência do Superaquecimento na Capacidade Frigorífica
A forma mais adequada para se mostrar a influência da temperatura de admissão na capacidade
frigorífica do compressor é considerar um exemplo.
Seja um compressor Coldex-Fligor 4P.
Faremos uma análise da capacidade variando a temperatura de sucção para um sistema que trabalha com temperatura de condensação de 40ºC e temperatura de vaporização de 0ºC Influência do superaquecimento na capacidade frigorífica do compressor
Acessórios para Compressores
Os principais acessórios para os compressores alternativos são:
1. Cabeçotes resfriados a água;
2. Cabeçotes de segurança;
3. Resfriador de Óleo e
4. Separador de Óleo.
Os cabeçotes resfriados a água são cabeçotes com camisas onde circula água para resfriar a descarga do
compressor.
É de uso comum em sistemas de temperatura abaixo de –30ºC, onde a temperatura de
descarga do compressor atinge temperaturas muito altas.
Nos cabeçotes de segurança a válvula de descarga é normalmente montada numa placa separada.
Esta placa é fixada por fortes molas que se apoiam na cabeça do cilindro.
No caso de o refrigerante líquido ou o óleo, que não são compressíveis, penetrarem no cilindro, esta placa se ergue, superando a pressão das molas, evitando-se danos sérios ao compressor.
Cabeçote resfriado a água (camisa de água).
A Cavidade de Alívio aumenta a folga do cilindro inserindo um Espaço Nocivo
Cabeçote de Segurança
O resfriador de óleo consiste em um trocador de calor a água ou a gás onde o óleo utilizado para a
lubrificação do compressor é resfriado.
O mesmo é necessário onde a temperatura de descarga é muito alta, causando um aquecimento excessivo do óleo.
O separador de óleo é um dispositivo instalado na descarga de compressor para evitar o arraste
excessivo do óleo para o sistema.
Existem os tipos com filtro coalescer e com filtro demister .
Separador de óleo com filtro coalescer
Separador de óleo com filtro demister
Dispositivos de Modulação de Capacidade
Um recurso interessante é a modulação de capacidade do compressor alternativo.
A modulação da capacidade pode ser feita pelas seguintes maneiras:
1. através de um mecanismo específico que impede que as válvulas de sucção se fechem .
2. através de uma cavidade de alívio e
3. através de bypass ;
4. através de motores de várias velocidades ou motores de anéis;
5. através do fechamento parcial do registro da tubulação de sucção e
6. através de retorno de parte do gás de descarga.
Na primeira, uma parte do gás não é comprimido, i.e., ele é sugado para dentro o compressor e, em
seguida, expulso para fora pelo lado de baixa pressão, diminuindo o deslocamento final do compressor.
Esse recurso permite que o compressor opere em condições de carga térmica parcial, proporcionalmente ao número de cilindros carregados,
Modulação da Capacidade do Compressor
Componentes Básicos do Compressor
Na segunda, utiliza-se de uma cavidade de alívio.
Essa cavidade é um espaço deixado propositadamente no cabeçote, a fim de aumentar a folga efetiva, possibilitando o controle da capacidade da máquina.
Quando a válvula da cavidade de alívio é aberta, manual ou automaticamente, a cavidade fica cheia de
gás, à alta pressão, ao fim de cada ciclo.
No curso de sucção, esse vapor de alta pressão retorna ao cilindro e se expande até a pressão de sucção antes que o vapor de baixa pressão possa entrar no cilindro, reduzindo então a capacidade do compressor sem ter que parar e partir a máquina constantemente.
Controle de capacidade por bypass
O controle de capacidade por bypass é uma abertura provida de válvula na parede lateral do cilindro.
Esta abertura permite que parte do vapor de refrigerante retorne diretamente à sução durante a primeira parte do curso de compressão.
A porcentagem de redução de capacidade é determinada pela posição da abertura de bypass em relação ao curso total do pistão.
Com a válvula de ajuste da capacidade aberta, o volume do cilindro abaixo da abertura é retornado diretamente à sucção.
O controle através de motores de várias velocidades é utilizado para variar a velocidade do compressor,
aumentando ou diminuindo sua capacidade.
A variação de rotação do motor pode ser feita através de inversores de freqüência. Ainda existem poucas instalações deste tipo, mas no futuro as possibilidades não deixam de ser promissoras.
O fechamento parcial do registro da tubulação de sucção faz com que, na realidade, o compressor
trabalhe a uma pressão de sucção menor que a da tubulação, reduzindo assim a sua capacidade.
Uma outra forma de controlar a capacidade do compressor é retornar parte do gás de descarga, na
tubulação de alta pressão, diretamente à tubulação de sucção.
É uma das piores maneiras pois, o compressor trabalha a plena carga, sem redução no consumo de energia e no seu desgaste.
Componentes Internos de um Compressor Hermético
Procura-se aqui mostrar alguns dos componentes de um compressor alternativo hermético, mais
comumente achado no mercado. Internamente, o compressor hermético é composto de duas partes fundamentais: o compressor propriamente dito (parte mecânica) e o motor (parte elétrica).
Esse conjunto permanece suspenso em três molas dentro da carcaça.
Componentes de um Compressor Hermético
Onde:
Corpo, Furos de Lubrificação, Eixo, Muflas de Descarga, Biela, Cano de Sucção, Pistão, Suporte Interno, Pino, Carcaça, Placa de Válvulas, Cano de Descarga, Válvula de Sucção, Molas de Suspensão, Válvula de Descarga, Solda, Cabeçote, Serpentina de Descarga, Pescador de Óleo, Aletas Rotor, Divisor, Terminal Hermético, Nível de Óleo, Cabos de Ligação, Resfriador de Óleo, Bobina de Partida, Mancal Principal, Bobina de Trabalho, Ranhura de Lubrificação, Isolação, Contrapeso, Estator, Rotor, Mancal.
Estator.
Formado por um conjunto de chapas magnéticas, contendo canais onde ficam alojadas a bobina de
trabalho (mais externamente) e a bobina auxiliar (mais internamente), Figura 18.
Estator e Bobinas,, Bobinas
Uma bobina é um fio contínuo de cobre isolado (geralmente por uma camada de verniz especial)
enrolado em forma de espiras (carretel).
Quando neste fio, assim enrolado, circular corrente elétrica, surgirá um forte campo magnético (eletroímã).
No caso do motor elétrico, o campo magnético é de tal forma produzido que atrai o rotor fazendo-0
girar.
Bobina de Trabalho (Bobina Principal)
Esta bobina gera um campo magnético que mantém o rotor em movimento, permanecendo ligada todo o
tempo em que o motor do compressor estiver energizado.
Bobina Auxiliar (Bobina de Partida)
Esta bobina gera um campo magnético que provoca o início e o sentido de giro do rotor, esta bobina
deve ser desligada pelo relé de partida quando o rotor do compressor estiver girando.
Rotor do Eixo
O rotor (parte giratória do motor) constitui-se de um cilindro formado por chapas magnéticas circulares,
Figura 19. Um eixo é fixado ao rotor para que ser movimento seja transmitido à biela que por sua vez o
transmitirá ao pistão.
Rotor
Conjunto Eixo/Biela(Cruzeta)/Pistão
O sistema de acionamento do pistão do compressor é feito pelos sistemas de biela ou de
cruzeta .
Em ambos os sistemas, o movimento de rotação do eixo é transformado em movimento
alternativo (vai e vem) transferindo-o para o pistão do compressor.
Na extremidade inferior do eixo existe um sistema de “bomba de óleo” (pescador )
responsável pela lubrificação das partes que estão em atrito no conjunto.
Conjunto Eixo/Biela/Pistão
Conjunto Eixo/Cruzeta/Pistão
Pescador
Placa de Válvulas
Na placa de válvulas estão fixadas as lâminas que formam a válvula de descarga e a válvula de sucção.
A função destas válvulas é promover a sucção do gás pelo tubo de sucção, comprimindo-o através do tubo de descarga
Placa de Válvulas.lâmina de sucção.
lâmina de descarga e seu limitador
Funcionamento da Válvulas
Quando o pistão estiver abaixando, a válvula de sucção ficará aberta e válvula de descarga permanecerá
fechada. Ao contrário, quando o pistão etiver subindo, a válvula de sucção ficará fechada e a válvula de
descarga permanecerá aberta.
Compressores de Parafuso
O compressor Rotativo de Parafuso (Screw Compressor) consiste de dois fusos, um macho e outro
fêmea (Figura 25 e Figura 26). Um destes fusos é acionado pelo motor e o “engrenamento” dos dois faz com
que haja uma rotação.
Os dois fusos estão montados dentro de uma carcaça e apoiados em mancais de rolamentos.
Uma vez aspirado para dentro do compressor o gás será comprimido pelo movimento dos dois fusos
até atingir a descarga. Ao longo deste percurso a pressão subirá.
Fusos de um Compressor de Parafuso
Há muito tempo que os projetistas vêm sonhando com um compressor que combine as melhores
características de deslocamento positivo da máquina de pistão com as de fluxo uniforme da máquina rotativa
centrífuga.
O compressor rotativo de parafuso helicoidal (helicoidal rotary screw compressor) também
conhecido como tipo Lysholm aproxima-se bastante destes requisitos.
Compressor de Parafusos explodido
O rotor (fuso) macho tem quatro saliências e o rotor fêmea, seis.
Assim, o rotor macho gira 50% mais rápido.
O rotor fêmea funciona principalmente como uma vedação girante para o gás que se move axialmente
através da máquina.
Geralmente a entrada é por cima, em uma das extremidades, e a descarga é por baixo, na extremidade oposta .
No lado da entrada, quando uma saliência do rotor macho se destaca da do rotor
fêmea, o vácuo que se forma faz com que o gás penetre pela abertura de sucção.
Quando o comprimento total do canal já aspirou uma carga de gás de entrada, a abertura de entrada é bloqueada. Isto ocorre em aproximadamente um terço de volta.
Um pouco depois, uma saliência do rotor macho começa o engrenamento com o canal do rotor fêmea, começando no lado da aspiração.
A extremidade oposta do canal é vedada, do lado da descarga, por uma placa.
À medida que a saliência do rotor macho comprime o gás, no interior do canal do rotor fêmea, realiza-se a compressão.
O gás aprisionado, à pressão desejada, é foçado através de uma abertura na placa de compressão,
quando ela é descoberta por uma saliência do rotor macho.
O mesmo ocorre com os canais subseqüentes do rotor fêmea.
Originalmente, o inventor deste tipo de compressor utilizou parafusos “secos”.
Os dois parafusos (saliências) eram mantidos separados (para evitar desgaste) por engrenagens nos dois eixos. Estas máquinas apresentavam aquecimento comparável a qualquer outro tipo de máquina de deslocamento positivo.
Além disso, havia vazamento de gás na folga entre as saliências e na folga entre os rotores e o cilindro, tanto nas paredes como nas extremidades.
Para que o vazamento fosse relativamente pequeno em relação ao deslocamento, utilizam-se altas velocidades, o que tornava as máquinas ruidosas.
A solução foi encontrada no uso do “parafuso molhado” aperfeiçoado.
O líquido injetado no cilindro é óleo lubrificante, mas sua função principal é o
resfriamento do gás por contato direto durante a compressão.
O óleo também veda as folgas e atua como lubrificante.
Nenhum outro tipo de compressor mecânico permite a introdução de grandes volumes de líquido
resfriador dentro do próprio compressor.
Este resfriamento interno teria as mesmas vantagens num compressor a pistão ou centrífugo mas, obviamente, isto não é possível.
O resfriamento interno significa não só um baixo aquecimento da máquina devido à compressão como, também, a possibilidade de se atingirem altas relações de compressão num só estágio, sem resfriadores intermediários.
Os compressores a seco são utilizados na refrigeração.
São especificados freqüentemente, porém apenas para aplicações especiais.
Por outro lado, os compressores rotativos de parafuso helicoidal imerso em óleo são projetados para funcionamento a altas pressões, para todas as aplicações, com todos os refrigerantes usuais: R-12, R-22, R-502 e amônia.
Modernamente, encontram-se máquinas padronizadas de 100 a 1000 toneladas de capacidade, funcionando a 3600 rpm.
Como os demais componentes do sistema de refrigeração não trabalham com grandes quantidades de
óleo em seu interior, é necessário fazer a separação do óleo e do fluido refrigerante, que são descarregados no compressor.
A separação se dá em dois estágios; o primeiro é mecânico e o segundo através de um filtro (tipo
coalescer ou demister),
Separador de Óleo de um compressor a parafuso
Controle da Capacidade
O controle da capacidade desse tipo de compressor é feito através de uma válvula de gaveta na
extremidade de entrada do compressor .
A válvula tem como finalidade principal retornar à entrada
uma parte variável do gás aspirado pelas saliências helicoidais.
Ela pode ser controlada continuamente desde a plena capacidade até quase zero.
A válvula em questão fica dentro do invólucro do rotor.
O movimento axial da válvula é programado por um dispositivo de controle com comando eletrônico de estado sólido e acionamento hidráulico .
Quando o compressor funciona à plena carga, a válvula de gaveta fica na posição fechada.
A diminuição da carga se inicia quando a válvula é deslocada para trás, afastando-se do batente.
O deslocamento da válvula cria uma abertura na parte inferior do invólucro do rotor, através da qual
passa o gás aspirado de volta à abertura de entrada, antes de ser comprimido.
Como não houve trabalho fornecido ao gás em quantidade significativa, não há perdas apreciáveis.
A capacidade reduzida do compressor é obtida do gás que permanece na parte interna dos rotores e que
é comprimida na maneira normal.
Reduções de capacidade até o valor de 10% da capacidade nominal são conseguidas pelo movimento gradual da válvula. Em princípio, o aumento da abertura na parte inferior do invólucro reduz o deslocamento do compressor.
Controle de Capacidade de um compressor a parafuso
Lógica de Controle de Capacidade do Compressor
Os compressores de parafuso podem ser fornecidos pelos fabricantes com um centro de comando
dotado de todos os controles necessários para funcionamento automático, além de uma série de dispositivos e controles de segurança para proteção do equipamento sob condições anormais de funcionamento.
Os principais controles incluem:
1. Controle limitador de carga;
2. Temporizador anti-reciclagem;
3. Controles de descarregamento para pressão baixa;
4. Chave de pressão de óleo;
5. Controle de temperatura do óleo;
6. Termostatos de proteção e
7. Chaves de limite de pressão.
Junto ao compressor funcionam, ainda, equipamentos como a bomba de óleo e o resfriador de óleo.
A bomba de óleo é do tipo de engrenagens que bombeia o óleo a ser injetado no compressor.
Normalmente a pressão de óleo deve ser de 03 a 01 bar mais alta que a pressão de descarga do compressor.
O resfriador de óleo é necessário porque, normalmente, o reservatório de óleo se encontra na descarga
do compressor, de forma que é necessário retirar o excesso de calor que o óleo adquiriu ao ser comprimido junto do gás.
Existem 03 tipos de sistema para se resfriar o óleo, a saber:
1. Resfriador de óleo a água: trata-se de um trocador de calor (shell & tube ou de placas) no qual o óleo é
resfriado por água oriunda de uma torre de resfriamento;
2. Termosifão: utiliza-se o próprio fluido refrigerante líquido para resfriar o óleo, através de um trocador de
calor (um “evaporador” com óleo).
O movimento do refrigerante é dado pela própria convecção do gás que
evapora ;
3. Injeção de líquido: trata-se de um sistema que permite que o fluido refrigerante líquido seja injetado na
própria descarga do compressor. O líquido evapora resfriando o gás descarregado e o óleo, que ainda não
foi separado.
Dispensa linhas hidráulicas e trocadores de calor. A quantidade de líquido a ser injetada é
controlada por uma válvula de expansão operada pela temperatura de descarga do compressor.
Resfriamento por Termosifão
Resfriamento por Injeção de Líquido
Compressores de Palhetas (Rotativos)
Existem dois tipos básicos de compressores de palhetas: o de palheta simples e o de múltiplas palhetas
Compressor de palheta simples
Compressor de múltiplas palhetas
Compressores de palhetas são usados principalmente em geladeiras domésticas, congeladores e
condicionadores de ar, embora possam ser usados como compressores auxiliares (boosters) de baixa pressão em sistemas com compressão de múltiplos estágios.
No compressor de palheta simples a linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro, mas é excêntrica com relação ao rotor, de modo que este permanece em contato com o cilindro a medida que gira.
O compressor de palheta simples apresenta um divisor, atuado pormola, dividindo as câmaras de aspiração e descarga.
Para um compressor de palheta simples, a taxa de deslocamento é dada por: onde:
A – diâmetro do cilindro (m)
B – diâmetro do rotor (m)
L – comprimento do cilindro (m)
velocidade de rotação (rps)
No compressor de múltiplas palhetas o rotor gira em torno do seu próprio eixo, que não coincide com o
do cilindro. O rotor é provido de duas ou mais palhetas, mantidas permanentemente em contato com a superfície do cilindro pela força centrífuga.
Para o compressor de duas palhetas, o deslocamento em cada rotação é proporcional ao dobro da área
hachurada; para o de quatro palhetas, o deslocamento é proporcional a quatro vezes a área hachurada.
Até um certo ponto, o deslocamento cresce com o número de palhetas.
Compressores Centrífugos
O primeiro compressor centrífugo em instalações frigoríficas foi introduzido por Willis Carrier, em
1920. De lá para cá este tipo de compressor tornou-se o mais utilizado em grandes instalações.
Eles podem ser utilizados satisfatoriamente de 200 a 10.000kW (172.10³ a 8,6.10
kcal/h) de capacidade de refrigeração.
As temperaturas de evaporação podem atingir a faixa de –50 a –100ºC, em sistemas de estágios múltiplos , embora uma aplicação bastante generalizada do compressor centrífugo seja o resfriamento da água até 6 a 8ºC em instalações de ar condicionado.
Construtivamente, o compressor centrífugo se assemelha à bomba centrífuga. O fluido penetra pela
abertura central do rotor e, pela ação da força centrífuga, desloca-se para a periferia. Assim, as pás do rotor
imprimem uma grande velocidade ao gás e elevam sua pressão,
Do rotor o gás se dirige para as pás do difusor ou para uma voluta (concha formada por espiras muito curtas), onde parte da energia cinética é transformada em pressão.
Em casos onde a razão de pressão é baixa, o compressor pode ser construído com um só rotor, embora na maioria das máquinas se adote compressão em múltiplos estágios.
A eficiência de compressão adiabática dos compressores centrífugos varia entre 70 e 80%.
A utilização de compressores centrífugos em sistemas de refrigeração obriga que, na partida, alguns
passos fundamentais sejam seguidos, para que não ocorram problemas posteriormente, a saber:
1. Verificar o nível de óleo no compressor, motor, redutor e luva de acoplamento, certificando-se de que estão corretos.
2. Iniciar a vazão de água do condensador; certificar-se de que não ocorre golpe de aríete no sistema.
3. Iniciar a circulação de salmoura pelo resfriador de salmoura; verificar, também, se há golpe de aríete.
4. Verificar a pressão de ar nos controles pneumáticos, se houver.
5. Operar a unidade de purga até eliminar todo o ar do sistema; isto deve sempre ser feito antes da partida.
6. No caso de acionamento por motor síncrono, fechar o registro da sucção apenas o necessário.
7. No caso de acionamento por turbina, préaquecê-la.
8. Caso seja necessário para a partida, fechar o circuito de bloqueio dos dispositivos de segurança;
9. Acelerar a máquina até sua velocidade nominal e certificar-se de que a pressão de óleo nos selos de óleo está correta.
10. Abrir a alimentação de ar para os controles nas máquinas de controle pneumático automático.
11. Abrir a alimentação de água de resfriamento de óleo do motor e do redutor.
12. Operar à alta velocidade se a máquina ratear. Isto acelera a purga.
Ratear, nos compressores centrífugos, significa funcionar em surtos (“surging”).
A operação dos mesmos é normal, não sendo motivo para preocupação. Entretanto, com cargas baixas (10 a 20% da plena carga), o “surging” causa sobreaquecimento do compressor, aumentando a temperatura dos mancais.
Assim, o compressor não deve ser operado continuamente nestas condições. Se houver necessidade de operação prolongada com cartas baixas, poderá ser necessária a instalação de um “bypass” para o gás quente.
Logo depois da partida, pode ocorrer um período de “surging” até a eliminação de todo o ar do
condensador.
Enquanto isso, como dito anteriormente, a máquina deve ser acionada com alta velocidade.
Entretanto, a pressão no condensador não deve ultrapassar 1,05 kgf/cm² (relativa) para o Freon-11, por exemplo.
Além disso, a corrente do motor, no caso de acionamento elétrico, não deve passar de seu valor nominal de plena carga.
Deve-se observar, ainda, que o evaporador não seja resfriado demais pois o controle anticongelamento
pode desligar a máquina.
Após a estabilização da máquina e eliminação de todo o ar, deve-se ajustar a velocidade ou o registro
para atingir a temperatura adequada da salmoura.
Caso o compressor seja acionado por uma turbina, há a possibilidade de se automatizar as operações de
controle de velocidade ( controlando diretamente a capacidade do compressor).
Um sistema ajusta automaticamente a velocidade do compressor de modo a manter constante a temperatura da salmoura.
Um aumento ou diminuição na temperatura da salmoura é transmitido através dos controles para introduzir ou expelir o ar de uma válvula pneumática no sistema de regulação de velocidade da turbina (Figura 35 e Controle de variação automático para compressor centrífugo
Outro arranjo para o controle de variação automático de um compressor centrífugo
Compressores Scroll
Os compressores scroll (espiral), são um novo conceito de compressores para refrigeração.
São herméticos, i.e., não se tem acesso aos seus componentes e em caso de quebra ou “queima”, são
substituídos.
Trabalham de forma mais silenciosa e vibram menos que os seus concorrentes para uma mesma
potência.
Estão sendo largamente utilizados em sistemas de refrigeração de porte médio.
O compressor scroll tem o seguinte princípio de operação .
A sucção do gás é feita em (A).
O gás passa pela abertura entre o motor (C). Entrando na câmara em
(D) onde é preso pela espiral móvel.
O óleo vindo com o gás é separado por câmaras e jogado nas superfícies internas do compressor para lubrificação e retorna para o reservatório.
O gás preso pela espiral é “empurrado” pelo movimento da espiral móvel, movendo-se entre esta última
e a espiral fixa até o centro das espirais.
Ao concluir seu percurso, o gás já comprimido e em alta pressão é descarregado na cúpula (cabeçote) do compressor, sendo então descarregado (E).
Compressor Scroll Compressor Scroll em Corte
Funcionamento do Compressor Scroll
Compressores Automotivos
O compressor está localizado normalmente na parte dianteira do veículo, junto ao motor.
É acionado pela polia da árvore-de-manivelas, por intermédio de uma correia específica.
O compressor normalmente é do tipo alternativo, com êmbolos na posição horizontal.
O seu acionamento é feito através de um disco excêntrico integrado ao eixo.
Possui válvulas de entrada e de saída ou do tipo válvula de controle. O movimento é recebido através da polia acoplada com embreagem eletromagnética.
Vista em corte de um compressor automotivo
Embreagem Magnética
A embreagem magnética é usada para conectar e desconectar o compressor ao motor do veículo.
Seus principais componentes são: estator, rotor e cubo.
Princípio de Funcionamento
Quando a corrente elétrica flui através do enrolamento, como mostra a, uma força magnética
é gerada na parte II que atrai a parte I
Força Magnética
Construção
A embreagem magnética consiste de estator, rotor com polia e um cubo que tem a função de movimentar o compressor, utilizando a rotação proveniente do motor do veículo e acoplamento magnético para transmitir esta rotação do motor ao compressor .
Embreagem Magnética
O estator é montado na parte frontal do compressor e o cubo é fixado ao eixo do compressor.
O rolamento de esferas é usado entre a superfície interna do rotor e a tampa frontal do compressor.
Operação
Enquanto o motor está em funcionamento a polia está girando, desde que conectada à polia do motor
por uma correia tipo “V” ou “poli V”, mas o compressor não opera antes de ser energizado.
Quando o sistema de ar condicionado está ligado, o amplificador fornece corrente para o enrolamento
do estator.
Então a atração eletromagnética atrai o cubo contra a superfície de fricção da polia.
A fricção/atrito entre cubo e polia, permite a movimentação do compressor.
A embreagem eletromagnética é montada na polia, onde faz o compressor funcionar somente quando necessário, através da corrente elétrica de 12 volts da bateria.
Essa corrente é proveniente dos relés ou do termostato ou do termistor ou ainda dos interruptores de baixa e de alta pressão do sistema, que pode ser controlado pelo módulo de controle eletrônico do veículo.
Vista em corte da embreagem magnética...
J.P.Gomes
sexta-feira, 9 de dezembro de 2011
Eletricidade básica p/ iniciantes
Eletricidade básica p/ iniciantes
À pedido do amigo Berg, entre outros, recoloco meu post sobre eletricidade básica.
ELETRICIDADE BÁSICA PARA INICIANTES
À pedidos dos amigos do PCFórum, segue abaixo alguns esclarecimentos sobre eletricidade básica.
O que é e de onde vem a eletricidade ou energia elétrica.
Toda a matéria do Universo, é constituída da mesma matéria prima (pelo menos o universo conhecido), ou seja, átomos com seus núcleos de prótons e neutrons e sua "atmosfera" de elétrons. Ou seja, a sua eletrosfera. Essa eletrosfera forma uma espécie de envoltório do átomo.
O átomo mantém-se estável devido à diversas forças em seu interior, que sustentam a sua integridade. Essas forças são chamadas de forças nucleares: A nuclear forte e a nuclear fraca.
A estabilidade da eletrosfera, formada pelos elétrons, é devida à um outro tipo de força entre os prótons do núcleo e os elétrons. Essas duas partículas são dotadas de propriedades antagônicas, cuja natureza exata até hoje, ainda é um mistério.
O que se sabe, com certeza, é que o elétron tem algo "de contrário" ao próton. Parece até que esse algo do elétron, completa o algo do próton, de forma que surge uma força de atração entre eles. Convencionou-se chamarem esse "algo" de carga elétrica, e, para se diferenciar um do outro, arbitraram que o elétron seria a carga negativa e o próton a positiva, simbolizando essas cargas pelos seus sinais respectivos ( + ) e ( - ).
A força de atração entre próton e elétron é dada em Newtons, na seguinte fórmula:
F=K.(Q1.Q2)/d²; Onde: F=força en Newtons(N); Q1 E Q2 são a carga elétrica em C; d é a distância em metros (m) e K é constante de proporcionalidade do meio em que as cargas estão.
Verifica-se também que, embora sejam de tamanhos e massas diferentes o elétron possui a mesma carga (quantidade) elétrica que o próton ( que é cerca de 2000 vezes mais pesado que o elétron). Ou seja substâncias cujos átomos tenham o mesmo número de prótons e elétrons são elétricamente NEUTRAS. A carga é medida em uma unidade chamada COULOMB, abreviada com a letra C. Para o caso dos prótons e elétrons a menor carga é de 1.60 X 10^ -19 C. Não existe carga menor que de um elétron.
Podemos alterar essa "neutralidade" natural das coisas. Removendo ou adicionando alguns elétrons de um objeto, podemos torná-lo elétricamente carrregado. Não podemos alterar a quntidade de prótons de uma substância, isso iria transformá-la em outra. Mas com os elétrons é realmente fácil. Um corpo que teve alguns elétrons removidos está carregado positivamente e vice-versa. Uma bateria ou pilha por exemplo tem dois pólos em suas extremidades. A química interna da pilha remove elétrons do pólo positivo e os força até o polo negativo por dentro da pilha. Como essas cargas procuram sempre um caminho para se neutralizarem, e, não podem passar de volta por dentro da pilha, elas se movimentam por fora mesmo. E, ao fazerem isso, acionam radinhos, lanternas ou quer que estejam alimentando.
Um átomo pode perder ou obter elétrons através da ELETRIZAÇÃO; existindo três tipos básicos de eletrização: Por indução, atrito ou por contato. Os elétrons que tem facilidade para entrar ou sair de um corpo são chamados de elétrons livres. Geralmente estão localizados na última e/ou penúltima camada da eletrosfera.
TENSÃO E CORRENTE ELÉTRICA
Se por umotivo qualquer dois corpos possuírem diferenças de valores de carga elétrica, pode-se dizer, então, que existe uma d.d.p. entre eles. Ou seja, uma diferença de potencial. Então uma tensão elétrica (V) (voltagem, força eletro-motriz ou d.d.p.) não é além desta diferença de potencial ou cargas elétricas existentes entre dois pontos de um círcuito elétrico.
Portanto como definição, a TENSÃO ELÉTRICA É O ACÚMULO DE CARGAS ENTRE DOIS PONTOS DE UM CORPO OU CORPOS. PROVOCANDO ASSIM UMA FORÇA OU PRESSÃO QUE FAZ OS ELÉTRONS CIRCULAREM ENTRE ESSES PONTOS OU CORPOS.
Como expliquei anteriormente, basta "um caminho" para que esta diferença de potencial se anule. Se pegarmos um fio de cobre, por exemplo, e conectarmos estes dois pontos (ou corpos), haverá então um caminho para as cargas elétricas (atração entre cargas de sinal contrário) até haver um equilíbrio dessas cargas. À esse movimento de cargas (elétrons) dá-se o nome de corrente elétrica. Simbolizada pela letra " I ".
Portanto, como definição a CORRENTE ELÉTRICA É O MOVIMENTO DE CARGAS ELÉTRICAS EM UM DETERMINADO MEIO CONDUTOR.
Antigamente, quando ainda não se sabia a natureza da corrente elétrica ( do negativo para o positivo) convencionou-se adotar o sentido da corrente do positivo ao negativo (o contrário do real ) e, daqui por diante será esse, o SENTIDO CONVENCIONAL, que adotarei ao me referir à corrente elétrica.
A tensão elétrica é medida em V ( Volt: homenagem à Alessadro Volta) e a corrente elétrica é medida em A (Ampère: homenagem `a André-Marie Ampère). Os instrumentos para se medir essas grandezas são respectivamente o VOLTÍMETRO e o AMPERÍMETRO. O voltímetro sempre ligado em paralelo com o componente ou dispositivo e o amperímetro sempre em série.
Existem dois tipos de corrente ou tensão elétrica: A contínua (C.C.) e a alternada (C.A.)
Na corrente contínua não há alterações de polaridade ou sentido. Já na alternada, como o próprio nome diz, ela altera o seu sentido em um determinado tempo.
AS GRANDEZAS ELÉTRICAS BÁSICAS E SUAS INTERDEPENDÊNCIAS
Em eletricidade deve-se tomar conhecimento de três principais: VOLTAGEM, RESISTÊNCIA e INTENSIDADE OU CORRENTE.
A voltagem é (como já vimos) a diferença entre a quantidade de elétrons nos dois pólos do gerador e é medida pelo voltímetro.
A resistência é a dificuldade que o condutor ou carga oferçe à passagem da corrente elétrica. É medida em Ohms pelo homímetro.
A intensidade ou corrente é a quantidade de elétrons que passam em um condutor em um determinado tempo. Também é obtida através da relação entre a voltagem e a resistência (V/R=A). Disso tudo deriva a Lei de Ohm: A intensidade da corrente é proporcional à voltagem e inversamente proporcional à resistência.
Por esse enunciado pode se obter suas fórmulas ( a base da eletrônica e eletricidade)
I=V/ R R=V/I V=I . R
Onde: I em ampères R em Ohms e V em Volts
Por enquanto é isso. Tentei ser o mais simplista possível para que ao menos, o mais leigo pudesse ter uma noção do que é eletricidade. Conforme for, colocarei outros assuntos relativos à este futuramente. Aumentando gradativamente sua complexidade.
É obvio, que isso aqui é apenas uma pequena instrução em eletricidade. O que chega à esbarrar em eletrônica mesmo, é apenas a lei de Ohm, formulada acima.
Existem vários temas em eletricidade, inclusive a estática, que eu não coloquei aqui.
Penso, em, mais tarde, colocar um aparte sobre eletricidade estática e sua interferência em equipamentos eletrônicos.
J.P.Gomes
À pedido do amigo Berg, entre outros, recoloco meu post sobre eletricidade básica.
ELETRICIDADE BÁSICA PARA INICIANTES
À pedidos dos amigos do PCFórum, segue abaixo alguns esclarecimentos sobre eletricidade básica.
O que é e de onde vem a eletricidade ou energia elétrica.
Toda a matéria do Universo, é constituída da mesma matéria prima (pelo menos o universo conhecido), ou seja, átomos com seus núcleos de prótons e neutrons e sua "atmosfera" de elétrons. Ou seja, a sua eletrosfera. Essa eletrosfera forma uma espécie de envoltório do átomo.
O átomo mantém-se estável devido à diversas forças em seu interior, que sustentam a sua integridade. Essas forças são chamadas de forças nucleares: A nuclear forte e a nuclear fraca.
A estabilidade da eletrosfera, formada pelos elétrons, é devida à um outro tipo de força entre os prótons do núcleo e os elétrons. Essas duas partículas são dotadas de propriedades antagônicas, cuja natureza exata até hoje, ainda é um mistério.
O que se sabe, com certeza, é que o elétron tem algo "de contrário" ao próton. Parece até que esse algo do elétron, completa o algo do próton, de forma que surge uma força de atração entre eles. Convencionou-se chamarem esse "algo" de carga elétrica, e, para se diferenciar um do outro, arbitraram que o elétron seria a carga negativa e o próton a positiva, simbolizando essas cargas pelos seus sinais respectivos ( + ) e ( - ).
A força de atração entre próton e elétron é dada em Newtons, na seguinte fórmula:
F=K.(Q1.Q2)/d²; Onde: F=força en Newtons(N); Q1 E Q2 são a carga elétrica em C; d é a distância em metros (m) e K é constante de proporcionalidade do meio em que as cargas estão.
Verifica-se também que, embora sejam de tamanhos e massas diferentes o elétron possui a mesma carga (quantidade) elétrica que o próton ( que é cerca de 2000 vezes mais pesado que o elétron). Ou seja substâncias cujos átomos tenham o mesmo número de prótons e elétrons são elétricamente NEUTRAS. A carga é medida em uma unidade chamada COULOMB, abreviada com a letra C. Para o caso dos prótons e elétrons a menor carga é de 1.60 X 10^ -19 C. Não existe carga menor que de um elétron.
Podemos alterar essa "neutralidade" natural das coisas. Removendo ou adicionando alguns elétrons de um objeto, podemos torná-lo elétricamente carrregado. Não podemos alterar a quntidade de prótons de uma substância, isso iria transformá-la em outra. Mas com os elétrons é realmente fácil. Um corpo que teve alguns elétrons removidos está carregado positivamente e vice-versa. Uma bateria ou pilha por exemplo tem dois pólos em suas extremidades. A química interna da pilha remove elétrons do pólo positivo e os força até o polo negativo por dentro da pilha. Como essas cargas procuram sempre um caminho para se neutralizarem, e, não podem passar de volta por dentro da pilha, elas se movimentam por fora mesmo. E, ao fazerem isso, acionam radinhos, lanternas ou quer que estejam alimentando.
Um átomo pode perder ou obter elétrons através da ELETRIZAÇÃO; existindo três tipos básicos de eletrização: Por indução, atrito ou por contato. Os elétrons que tem facilidade para entrar ou sair de um corpo são chamados de elétrons livres. Geralmente estão localizados na última e/ou penúltima camada da eletrosfera.
TENSÃO E CORRENTE ELÉTRICA
Se por umotivo qualquer dois corpos possuírem diferenças de valores de carga elétrica, pode-se dizer, então, que existe uma d.d.p. entre eles. Ou seja, uma diferença de potencial. Então uma tensão elétrica (V) (voltagem, força eletro-motriz ou d.d.p.) não é além desta diferença de potencial ou cargas elétricas existentes entre dois pontos de um círcuito elétrico.
Portanto como definição, a TENSÃO ELÉTRICA É O ACÚMULO DE CARGAS ENTRE DOIS PONTOS DE UM CORPO OU CORPOS. PROVOCANDO ASSIM UMA FORÇA OU PRESSÃO QUE FAZ OS ELÉTRONS CIRCULAREM ENTRE ESSES PONTOS OU CORPOS.
Como expliquei anteriormente, basta "um caminho" para que esta diferença de potencial se anule. Se pegarmos um fio de cobre, por exemplo, e conectarmos estes dois pontos (ou corpos), haverá então um caminho para as cargas elétricas (atração entre cargas de sinal contrário) até haver um equilíbrio dessas cargas. À esse movimento de cargas (elétrons) dá-se o nome de corrente elétrica. Simbolizada pela letra " I ".
Portanto, como definição a CORRENTE ELÉTRICA É O MOVIMENTO DE CARGAS ELÉTRICAS EM UM DETERMINADO MEIO CONDUTOR.
Antigamente, quando ainda não se sabia a natureza da corrente elétrica ( do negativo para o positivo) convencionou-se adotar o sentido da corrente do positivo ao negativo (o contrário do real ) e, daqui por diante será esse, o SENTIDO CONVENCIONAL, que adotarei ao me referir à corrente elétrica.
A tensão elétrica é medida em V ( Volt: homenagem à Alessadro Volta) e a corrente elétrica é medida em A (Ampère: homenagem `a André-Marie Ampère). Os instrumentos para se medir essas grandezas são respectivamente o VOLTÍMETRO e o AMPERÍMETRO. O voltímetro sempre ligado em paralelo com o componente ou dispositivo e o amperímetro sempre em série.
Existem dois tipos de corrente ou tensão elétrica: A contínua (C.C.) e a alternada (C.A.)
Na corrente contínua não há alterações de polaridade ou sentido. Já na alternada, como o próprio nome diz, ela altera o seu sentido em um determinado tempo.
AS GRANDEZAS ELÉTRICAS BÁSICAS E SUAS INTERDEPENDÊNCIAS
Em eletricidade deve-se tomar conhecimento de três principais: VOLTAGEM, RESISTÊNCIA e INTENSIDADE OU CORRENTE.
A voltagem é (como já vimos) a diferença entre a quantidade de elétrons nos dois pólos do gerador e é medida pelo voltímetro.
A resistência é a dificuldade que o condutor ou carga oferçe à passagem da corrente elétrica. É medida em Ohms pelo homímetro.
A intensidade ou corrente é a quantidade de elétrons que passam em um condutor em um determinado tempo. Também é obtida através da relação entre a voltagem e a resistência (V/R=A). Disso tudo deriva a Lei de Ohm: A intensidade da corrente é proporcional à voltagem e inversamente proporcional à resistência.
Por esse enunciado pode se obter suas fórmulas ( a base da eletrônica e eletricidade)
I=V/ R R=V/I V=I . R
Onde: I em ampères R em Ohms e V em Volts
Por enquanto é isso. Tentei ser o mais simplista possível para que ao menos, o mais leigo pudesse ter uma noção do que é eletricidade. Conforme for, colocarei outros assuntos relativos à este futuramente. Aumentando gradativamente sua complexidade.
É obvio, que isso aqui é apenas uma pequena instrução em eletricidade. O que chega à esbarrar em eletrônica mesmo, é apenas a lei de Ohm, formulada acima.
Existem vários temas em eletricidade, inclusive a estática, que eu não coloquei aqui.
Penso, em, mais tarde, colocar um aparte sobre eletricidade estática e sua interferência em equipamentos eletrônicos.
J.P.Gomes
sábado, 26 de novembro de 2011
Compressor de anel líquido.
O compressor de anel líquido.O ar deve ter sua qualidade assegurada e ser isento de microorganismos patogênicos, substâncias oleosas, água, poeira e outros elementos que não fazem parte da sua composição.
Para que isso ocorra, é necessária a montagem correta e a manutenção adequada da central de ar comprimido, além de uma monitorização constante destes parâmetros.
Instalando o ar comprimido
Na instalação básica, devem ser utilizados, no mínimo, dois compressores, um reservatório, um sistema de filtragem e desumidificação e um programa de manutenção preventiva adequado à central, à rede e aos dispositivos relativos ao processo.
Por que dois compressores?
Esta necessidade é justificada, primeiramente, pela manutenção de níveis de segurança, no que tange às interrupções do fornecimento de ar comprimido.
O aumento da vida útil na instalação e a segurança dos pacientes, referentes ao fornecimento de gás, também são fatores que devem ser considerados.
Um dos compressores é posto em funcionamento enquanto o segundo fica de reserva ("em stand by"), para o caso de o primeiro não conseguir fornecer a quantidade de ar necessária.
É indicado um rodízio entre os compressores, isto é, uma alternância no funcionamento, que deve ser necessariamente automatizado; no caso de ser manual, deve-se fazer o revezamento no máximo após 200 horas ou 30 dias de funcionamento.
Recomenda-se a instalação de um horímetro em cada compressor, para o controle e manutenções preventivas
caso de uma unidade de anel líquido, o local de instalação deve possuir ponto de fornecimento de água e, preferencialmente, um reservatório cujas dimensões permitam mantê-lo funcionando em caso de falta de água, até que o abastecimento seja restabelecido.
A área reservada para a central de ar comprimido deve ser suficiente para permitir o acesso aos compressores, facilitando os trabalhos de manutenção e inspeção.
A qualidade do ar na central deve ser a melhor possível.
É justamente por isso que o compressor precisa ficar distante de fontes infectantes como as de exaustão da área contaminada da lavanderia ou do ar da central de vácu, de motores de combustão interna, como nos grupos geradores e nas garagens, e dos locais de manipulação de materiais infecto-contagiosos.
Compressores
O compressor de uso medicinal deve assegurar a seguinte condição: a instalação elétrica deve ter a capacidade de, no mínimo, manter dois compressores funcionando com folga sempre que houver necessidade.
Tipos
O modelo mais adequado ao uso hospitalar é o compressor de anel líquido. Nele, o ar é comprimido por uma anel líquido excêntrico.
A vantagem maior deste tipo é a eficiência na retenção de poeiras e microorganismos, proporcionada pelo contato do ar com a água (líquido usado como selo mecânico).
Outro fator importante é que a vida útil deste compressor é maior quando comparada com a de compressores alternativos a pistão.
O reservatório A central de ar comprimido deve ter um reservatório dimensionado para prover determinada quantidade de ar por um período suficiente, de modo a colocar em prática uma alternância de fornecimentos, em caso de paralisações forçadas.
O reservatório deve também ser instalado com uma inclinação de 15º em relação ao solo, ficando a válvula de sangria na extremidade mais baixa.
Este procedimento evita o acúmulo de água no aparelho.
Dispositivos de segurança
Em uma central de ar comprimido, existem vários dispositivos de controle de segurança: pressostato, válvula de segurança, alarme de baixa e alta pressão, pré-filtro, desumidificador e filtros.
Qual a ação destes dispositivos?
pressostato —
é responsável por ligar e desligar o compressor, acionado e desacionado quando a pressão no interior do reservatório atinge o valor crítico inferior e superior, respectivamente;
válvula de segurança — t
rata-se de um dispositivo que deve ser instalado no reservatório central de ar comprimido.
Esta válvula se abre em determinado valor de pressão (pressão de abertura), maior que o regulado para o desacionamento através do pressostato.
Devido à abertura, o dispositivo permite o fluxo de ar do reservatório para o ambiente até que a pressão em seu interior atinja valor menor do que a pressão de abertura.
A partir deste ponto, a válvula se fecha automaticamente.
É aconselhável a instalação de um alarme simultaneamente à abertura da válvula, para indicar um possível erro de funcionamento no controle do sistema.
alarme de baixa e alta pressão —
este é outro dispositivo de segurança que alerta para a manutenção em caso de algum defeito na central. Este alarme é acionado quando a pressão do reservatório está menor do que o valor crítico inferior.
Isso pode indicar duas situações: o pressostato não enviou sinal para acionar o compressor ou há problemas no acionamento do mesmo, devido a falhas na alimentação elétrica, no motor, na transmissão motor-compressor, ou no próprio compressor;
pré-filtro —
este dispositivo é colocado no ponto de admissão de ar do compressor com a função de promover o primeiro ataque aos agentes contaminantes da atmosfera;
desumidificador —
A função do desumidificador é retirar a água contida no ar.
Ele é instalado após o reservatório, podendo ser mecânico (pela ação da filtragem da água), químico ou por processo de refrigeração; filtro
Um sistema de filtragem adequado para o ar comprimido medicinal é aquele que é capaz de reter microorganismos de tamanho maior ou igual a 0,3µ — condição normatizada para a obtenção do ar filtrado estéril.
Os filtros com esta característica são denominados absolutos, e podem ser instalados logo após o desumidificador, ou em locais onde se exige ar de melhor qualidade (como é o caso das unidades hospitalares críticas).
Riscos inerentes
Para evitar a contaminação do ar comprimido pelo equipamento, é utilizado um sistema de filtragem e de desumidificação, além de testes microbiológicos, realizados na água condensada no reservatório do compressor.
A rede de distribuição do ar deve ser limpa periodicamente e feita mediante pressurização da rede ou de um ramal com N2 (nitrogênio) com pressão maior ou igual a 10 kgf/cm2.
A monitorização dos limites dos agentes contaminantes é um outro fator que deve ser levado em consideração: Limites para contaminantes no ar comprimido medicinal*
COMPONENTES LIMITES
Monóxido de carbono (CO) 5 ppm Dióxido de carbono (CO2) 500 ppm Óleo e matéria particulada 1 mg/m3 Dióxido de enxofre (SO2) 1 ppm Agentes anestésicos 0,1
J.P.Gomes
Dicas sobre compressores de parrafuso..
Dicas sobre compressores de parrafuso..
Apresentamos neste trabalho uma metodologia para o monitoramento de
compressores de através da análise de vibração, corrente e temperatura,
mostrando suas respectivas freqüências de excitações, os pontos para medição de
vibração e principalmente os principais defeitos que aparecem nos compressores de
parafusos.O monitoramento periódico em compressores de parafusos, utilizando o conceito de multiparâmetros, tem se mostrado de muita valia por permitir diagnósticos precisos, controlando variáveis mecânicas, elétricas, de pulsação do ar, de processo e temperatura, levando ao domínio do equipamento e maior disponibilidade do conjunto motor.
O compressor de parafuso é um compressor rotativo, constituído por dois rotores helicoidais chamados rotor macho (convexo) e rotor fêmea (côncavo).
Geralmente, o rotor macho é acionado por um motor e a transmissão é feita por meio de engrenagens , obtendo-se assim uma elevada velocidade do rotor macho.
O gás penetra no espaçamento entre os filetes dos rotores e, através do “engrenamento” desses, vai sendo progressivamente comprimido e transportado até a abertura de descarga.
Não necessita de lubrificação dentro da câmara de compressão, pois não há nenhuma espécie de contato, sendo o ar fornecido isento de óleo
A Manutenção, como os demais setores da indústria, tem exigido constante aprimoramento na qualidade de seus produtos, em face de disputa do mercado.
Nas últimas décadas, esta prática tem obrigado as indústrias cada vez mais reduzirem seus custos operacionais.
Estes custos são afetados pela eficiência de um sistema de manutenção.
As Empresas, através do departamento de manutenção, vem dando todo apoio necessário ao desenvolvimento, aprimoramento e implantação de tecnologias aplicadas à Manutenção dos compressores.
O trabalho tem como objetivo mostrar as três frentes distintas de inspeção usadas nos compressores :
Os compressores estacionários de parafusos, com um estágio, resfriados com água, são acionados por motor elétrico e fornecem ar comprimido isento de óleo.
A potência do motor é transmitida à engrenagem multiplicadora através de um acoplamento flexível.
O elemento compressor é constituído de dois rotores helicoidais de precisão, montados em rolamentos de esferas e de rolos cilíndricos.
O rotor macho é acionado pela transmissão da engrenagem multiplicadora e o rotor fêmea é arrastado pelo ar existente entre o macho e fêmea , que mantém a pequena folga entre os lóbulos dos rotores macho e fêmea.
Geralmente, os rotores machos têm quatro lóbulos e os rotores fêmeas seis, consequentemente, a rotação do rotor macho é 1,5 vezes a rotação do rotor fêmea.
O monitoramento dos compressores utiliza o conceito de multiparâmetros, ou seja, controla toda variável importante que influência no desempenho do equipamento e utiliza a técnica que melhor realça cada tipo de problema, seja ele mecânico ou magnético.
A análise de vibração dos compressores de parafusos exige medidas próximas à fonte de vibração.
Quando as medidas se destinam a um acompanhamento da máquina, deverão ser marcados e numerados para permitir comparações posteriores, eles também devem ser de fácil acesso.
Neste caso, devemos tomar cuidado com a variação de carga, que altera o nível de vibração.
Os pontos de medição nos elementos compressores são tradicionalmente conhecidos, por estarem preparados pelo fabricante para fixação dos sensores.
No eixo de entrada do compressor, as medições são feitas na direção radial, horizontal e axial, o mais próximo possível do mancal da engrenagem multiplicadora.
O motor elétrico é monitorado por vibração nos dois mancais de rolamentos e por análise de corrente elétrica com alicate amperímetro conectado ao mesmo coletor que mede vibração.
Além do monitoramento citado, são coletados dados operacionais importantes que podem interferir no desempenho do compressor e influenciar até mesmo na vibração.
Foi criado também um controle de amplitude de vibração por componente (frequência), de modo a acompanhar a evolução no tempo dos problemas principais esperados, contando com uma amostragem relevante de dados.
Determinação das Freqüências de Vibração nas Engrenagens do Conjunto .
Frequência de Rotação da Coroa:
É a freqüência em que a coroa gira em torno de seu eixo ou a relação em que um dente da coroa engrena com um dente do pinhão, ou seja, neste caso é a mesma rotação do motor.
Frequência de Rotação do Pinhão:
É a freqüência em que o pinhão gira em torno de seu eixo ou a relação em que um dente do pinhão engrena com um dente da coroa, neste caso é a mesma rotação do macho.
Frequência de Engrenamento:
É a razão em que um par de dentes entra em contato em cada segundo de tempo.
Frequência de Passagem de Fase de Montagem:
É uma subharmônica da freqüência de engrenamento, na qual varia com a montagem.
Ela determina o limite de montagem e principalmente o padrão de desgaste em função da montagem. de um compressor (GA 160).
Resumo de todas as freqüências Frequência de Repetição dos Dentes:
É quando após revoluções da coroa o sistema volta ao mesmo par de dentes que começaram o movimento.
Se um falha existir em ambos os dentes (coroa e pinhão ), um pulso com máxima vibração será notado quando as respectivas falhas do pinhão e da coroa entrarem em contato ao mesmo tempo.
Estas falhas podem ser um resultado do processo de fabricação ou manuseio inadequado. abaixo revela os defeitos mais comuns do motor.
O espectro apresenta a freqüência de ranhura do rotor modulada com 120 Hz, isto pode indicar que há algum problema relacionado com o estator (espiras em curto, perda de isolação, rotor montado excêntrico com relação ao estator, por exemplo).
Identificação das Frequências dos Rolamentos:
Os rolamentos são os suportes dos elementos parafusos do compressor .
Podem ser de rolos e de esferas e de várias marcas (SKF,FAG, etc) .
Freqüências :
Para que haja um melhor entendimento do trabalho é necessário que se faça a apresentação de algumas freqüências fundamentais.
Freqüências de rotação (Fo) – é definida como a rotação da pista em movimento.
Freqüência fundamental da gaiola (FFT) – equivalente a velocidade angular do centro de um único elemento rolante ou rotação da gaiola. Freqüência da pista externa (BPFO) – pode ser definida como a freqüência de passagem dos elementos rolantes sobre um único ponto na pista externa.
Freqüência na pista interna (BPFI) – freqüência de passagem dos elementos rolantes sobre um único ponto da pista interna.
Freqüência do elemento rolante (BSF) – a freqüência do elemento rolante nada mais é do que a velocidade angular do mesmo em torno de seu centro.
As danificações em um rolamento nem sempre significam a falha total do mesmo, mas com certeza uma diminuição de seu desempenho em serviço:
Um mancal somente terá um funcionamento satisfatório, se as condições de serviço e ambientais, e os seus componentes (rolamento, peças contíguas, lubrificação, vedação) estiverem corretamente adequados uns aos outros.
Defeitos nos rolamentos podem ocorrer nas pistas, nos elementos rolantes, na gaiola ou em qualquer combinação destes.
Estes defeitos geram sinais de vibração.
É muito importante que se conheça o tipo de rolamento instalado, porque diferentes tipos de rolamentos podem gerar diferentes sinais dependendo do carregamento, da folga interna e construção. mostra a freqüência de rotação da coroa modulando a freqüência de engrenamento.
Isso indica que a engrenagem deve estar excêntrica ou com desgaste localizado e distribuído.
Para avaliar a condição do conjunto motor-compressor são usados os parâmetros :
velocidade ( mm/s –rms) , aceleração ( g’s – pico ) e envelope de aceleração ( ge’s – pico).
A finalidade destes parâmetros ou recursos é que um conjunto motor-compressor sempre possui várias faixas de freqüência de vibração, e cada parâmetro deste é adequado para medir uma certa faixa de freqüência.
Assim, o número de leituras em um motor-compressor está relacionado com o número de pontos, direções e os parâmetros das medidas.
Os níveis de vibração costumam variar em função das condições de operação do equipamento tais como carga, temperatura ambiente ou influência de equipamentos próximos.
Sendo assim, ao monitorar o compressor de parafuso é fundamental que no ato da medição sejam tomados alguns “dados adicionais” que indiquem um valor comparativo para orientar quanto às variações de vibração.
Esses dados se relacionam diretamente com a carga no compressor, dessa forma influindo consideravelmente nos valores da vibração.
A definição dos limites é importante no gerenciamento desta máquina, pois, em função destes é que as decisões são tomadas.
Na realidade, estes limites são faixas válidas e dentro destas faixas o motor-compressor são qualificados quanto à sua condição de estado. é uma sugestão para níveis de severidade.
Frequência de rotação da coroa .
Folga no mancal da coroa .
Pode aparecer acompanhada de harmônicas (gera uma componente desbalanceamento)
Frequência de engrenamento .
Folgas e desgastes na coroa ou no Altos na frequência de pinhão. engrenamento e harmônicas Frequência de rotação do pinhão .
Folga no mancal da engrenagem do Pode aparecer alto, acompanhada pinhão de suas harmônicas (gera uma componente de desbalanceamento) .
Frequência de rotação do macho e Desbalanceamento do rotor 1X Pode aparecer alto, acompanhada harmônicas Excentricidade do rotor
Elementos montados com tensões harmônicas excessivas.
Freqüência da fêmea e Rotor sujo e oxidado .
Defeitos(desgastes) no Geralmente aparece modulada pela engrenamento rotação (ou harmônicas) da Elementos desalinhados e folgas engrenagem com defeito/desgaste. entre engrenagens .
Defeitos mais comuns no elemento compressor mostra um exemplo do rotor oxidado do elemento compressor: Rotor Oxidado
A verificação contínua da temperatura de um compressor é um dado importantíssimo na manutenção preditiva.
Como é natural, uma alteração qualquer na temperatura de funcionamento de um compressor é indicativo de modificação no comportamento do compressor.
Por tais motivos, a temperatura é um parâmetro que deve ser levado em consideração em todo e qualquer programa de manutenção, em qualquer nível.
A operação ou funcionamento dos compressores são estabelecidos por uma temperatura determinada, quando atingido o equilíbrio térmico, sem o que as dilatações de alguns componentes poderão trazer como conseqüência prejuízos aos demais componentes. mostra a curva de tendência da temperatura medida em um dos mancais de um compressor de parafuso.
O diagnóstico de problemas em estator ou rotor do motor elétrico pode ser feito pela medição da corrente que alimenta o motor.
Entendemos que a monitoração da corrente elétrica, permite uma avaliação com maior definição e clareza, uma vez que analisa a condição magnética diretamente na fonte geradora de eventual problema.
É uma boa ferramenta para determinar as condições do motor, em relação a sua parte elétrica. mostra o sinais harmônicos da freqüência da rede elétrica em uma das fases que alimento o estator do motor que aciona o compressor.
Espectro de corrente elétrica do estator
Como vimos os resultados que se podem obter com a Análise de Vibração em Compressores de Parafusos são muitos e imediatos.
Usando as curvas de tendências dos parâmetros monitorados e os níveis de alarme, pode-se obter um alto grau de confiabilidade e maior disponibilidade do equipamento.
O desenvolvimento pleno desta técnica estará sempre condicionado ao bom gerenciamento e ao uso de instrumentos e softwares atualizados.
J.P.Gomes
domingo, 16 de outubro de 2011
"Câmara Frigorífica e Compressores".
Se procura Frigorífico no sentido de indústria de processamento de carne,
Frigorífico ou geladeira também conhecido por refrigerador no Brasil, e geleira em Moçambique e Angola, é um utensílio eletrodoméstico utilizado na conservação de alimentos.
O termo frigorífico é usado no Brasil para designar geladeiras de grande porte.
Consiste em um armário metálico com prateleiras e gavetas e uma porta isolante, para manter o frio no interior do utensílio.
O frio é produzido por um compressor, normalmente movido por um motor elétrico.
Na maior parte dos casos, o frigorífico doméstico possui um compartimento para fabricar gelo e congelar produtos frescos, embora uma cozinha possa ter um destes eletrodomésticos e ainda um congelador separado (por exemplo, uma arca frigorífica).
Este utensílio é um descendente das antigas casas-de-gelo e caixas-de-gelo, que usavam gelo natural produzido no inverno nas regiões frias.
Ainda hoje as caixas térmicas, com isolamento plástico, são usadas para levar coisas frescas para a praia, quando se vai acampar, para a pequena venda-a-retalho de cervejas e refrigerantes), além de utilização no transporte de materiais sensíveis como alguns tipos de medicamentos.
Para além da versão doméstica, são comuns os frigoríficos industriais que podem ser do tamanho de um doméstico, mas especializados para variados tipos de produtos (como bebidas ou sorvetes), até ao tamanho de um cômodo de uma casa, ou maiores, como os utilizados em entrepostos frigoríficos para conservar pescado, carne ou vegetais para exportação, importação, ou para distribuição.
Neste caso recebem o nome de "câmara frigorífica".
A primeira máquina refrigeradora foi construída em 1856, usando o princípio da compressão de vapor,
Um vapor é uma substância na fase de gás à uma temperatura inferior à sua temperatura crítica.
Isto significa que o vapor pode ser condensado para um líquido ou para um sólido pelo aumento de sua pressão, sem ser necessário reduzir a temperatura.
Por exemplo, a água tem uma temperatura crítica de 374ºC (ou 647 K) que é a temperatura mais alta em que pode existir água no estado líquido.
Na atmosfera, em temperaturas normais, entretanto, água em estado gasosos é conhecida como vapor de água e irá condensar para a fase líquida se sua pressão parcial for suficientemente aumentada.
Um vapor pode coexistir com um líquido (ou sólido).
Quando isto for verdade, as duas fases estarão em equilíbrio, e a pressão de gás será igual à pressão de vapor de equilíbrio do líquido (ou sólido).
pelo australiano James Harrison, que tinha sido contratado por uma fábrica de cerveja para produzir uma máquina que refrescasse aquele produto durante o seu processo de fabricação, e para a indústria de carne processada para exportação.
Na áreas dos transportes de carga as primeiras experiencias iniciaram em 1851, nos EUA, e em 1857, foi construído o primeiro bem sucedido vagão refrigerado para a indústria de carnes de Chicago e, em 1866 o primeiro vagão com refrigeração apropriada para frutas, também nos Estados Unidos da América.
O primeiro frigorífico doméstico só apareceu em 1913 e foi batizado DOMELRE (DOMestic ELectric REfrigerator), mas este nome não teve sucesso e foi Kelvinator o nome que popularizou este utensílio nos EUA.
Tal como a maioria dos seus descendentes modernos, este frigorífico era arrefecido por meio de uma bomba de calor de duas fases.
Outro que se tornou muito popular foi o General Electric "Monitor-Top", que apareceu em 1927.
Ao contrário dos predecessores, neste frigorífico o compressor, que produzia bastante calor, estava colocado no topo do aparelho, protegido por um anel decorativo.
Foram vendidos mais de um milhão destes aparelhos, dos quais alguns ainda estão em funcionamento.
no Brasil
O primeiro aparelho produzido no Brasil, foi construído no ano de 1947, em uma pequena oficina na cidade de Brusque em Santa Catarina. De 1947 a 1950, Guilherme Holderegger e Rudolf Stutzer já tinham fabricado, na oficina de Brusque, 31 aparelhos movidos a querosene.
Então surge um novo personagem, Wittich Freitag, um comerciante bem sucedido da cidade de Joinville-SC, que convence os dois a montarem uma fábrica.
Fechada a sociedade entre os três, em 15 de julho de 1950 entra em operação a CONSUL, primeira fábrica de refrigeradores do Brasil, na cidade de Joinville.
Funcionamento Os compressores podem ser classificados em 2 tipos principais, conforme seu princípio de operação:
Compressores de deslocamento positivo (ou Estáticos):
Estes são subdivididos ainda em Alternativos ou Rotativos.
Nos compressores alternativos a compressão do gás é feita em uma câmara de volume variável por um pistão, ligado a um mecanismo biela-manivela similar ao de um motor alternativo.
Quando o pistão no movimento ascendente comprime o gás a um valor determinado, uma válvula se abre deixando o gás escapar, praticamente com pressão constante.
Ao final do movimento de ascensão, a válvula de exaustão se fecha, e a de admissão se abre, preenchendo a câmara a medida que o pistão se move.
Nos compressores rotativos, um rotor é montado dentro de uma carcaça com uma excentricidade (desnivelamento entre o centro do eixo do rotor e da carcaça).
No rotor são montadas palhetas móveis, de modo que a rotação faz as palhetas se moverem para dentro e para fora de suas ranhuras.
O gás contido entre duas palhetas sucessivas é comprimido a medida o volume entre elas diminui devido à rotação e à excentricidade do rotor.
Compressor axial. Compressores de Dinâmicos:
Estes são subdivididos ainda em centrífugos ou axiais.
Os compressores dinâmicos ou turbocompressores possuem dois componentes principais: impelidor e difusor.
0 impelidor é um componente rotativo munido de pás que transfere ao gás a energia recebida de um acionador.
Essa transferência de energia se faz em parte na forma cinética e em outra parte na forma de entalpia. Posteriormente, o escoamento estabelecido no impelidor é recebido por um componente fixo denominado difusor, cuja função é promover a transformação da energia cinética do gás em entalpia, com conseqüente ganho de pressão.
Os compressores dinâmicos efetuam o processo de compressão de maneira contínua, e portanto correspondem exatamente ao que se denomina, em termodinâmica, um volume de controle.
Os compressores atualmente são utilizados em diversas aplicações.
A mais simples é a compressão de ar, seja para acionamento e controle de válvulas, alimentação de motores ou turbinas a gás, até aplicações mais complexas, como o transporte de gás natural, injeção de CO2 em reservatórios subterrâneos, ou compressão de hidrocarbonetos em ciclos de refrigeração.
Quando são aplicados na alimentação forçada de motores, os compressores ou turbocompressores são chamados de sistemas de indução forçada.
Eles comprimem o ar que flui para o motor. A principal diferença entre um turbocompressor e um compressor é a fonte de energia.
Em um compressor, há uma correia que o conecta diretamente ao motor.
Ele obtém sua energia da mesma forma como o alternador do carro por exemplo.
Um turbocompressor e acionado por uma turbina, que retira energia dos gases de escape do motor e montada no mesmo eixo que o compressor.
Compressores rotativos
Nos compressores rotativos, os gases são comprimidos por elementos giratórios.
Outras das particularidades destes tipos de compressores são por exemplo as menores perdas mecânicas por atrito, pois dispensam um maior número de peças móveis, a menor contaminação de ar com óleo lubrificante, a ausência de reações variáveis sobre as fundações que provocam vibrações, o fato de a compressão ser feita de um modo continuo e não intermitente, como sucede nos alternativos e a ausência de válvulas de admissão e de descarga que diminui as perdas melhorando o rendimento volumétrico.
Outro aspecto muito importante, para os diferentes tipos, prende-se com a economia de energia, com os rendimentos volumétrico, associados a fugas, e mecânico, associado a movimentos relativos entre as peças que constituem a máquina, e com a manutenção dos mesmos.
Compressores de parafusos
Esse tipo de compressor possui dois rotores em forma de parafusos que giram em sentido contrario, mantendo entre si uma condição de engrenamento.
A conexão do compressor com o sistema se faz através das aberturas de sucção e descarga, diametralmente opostas:
O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os intervalos entre os filetes dos rotores.
A partir do momento em que há o engrenamento de um determinado filete, o gás nele contido fica encerrado entre o rotor e as paredes da carcaça.
A rotação faz então com que o ponto de engrenamento vá se deslocando para a frente, reduzindo o espaço disponível para o gás e provocando a sua compressão.
Finalmente, é alcançada a abertura de descarga, e o gás é liberado.
De acordo com o tipo de acesso ao seu interior, os compressores podem ser classificados em herméticos, semi-herméticos ou abertos.
A categoria dos compressores de parafuso pode também ser sub-dividida em compressores de parafuso duplo e simples.
Os compressores de parafuso podem também ser classificados de acordo com o número de estágios de compressão, com um ou dois estágios de compressão (sistemas compound)
[editar] Compressores de parafusos de baixa pressão
O principio de funcionamento é o mesmo do compressor de parafuso, eles trabalham com pressões iguais ao soprador lóbulo, a única diferença que os rotores têm uma cobertura especial de teflon para garantir menores folgas e ausência de contato do óleo com o ar, esses tipos de sopradores são isentos de óleo e com eficiência superior ao lóbulo (Roots), em pressões mais altas sua vida útil é superior.
Compressores de parafusos simples
O compressor de parafuso simples, consiste num elemento cilíndrico com ranhuras helicoidais, acompanhado por duas rodas planas dispostas lateralmente e girando em sentidos opostos.
O parafuso gira com uma certa folga dentro de uma carcaça composta de uma cavidade cilíndrica.
Esta contém duas cavidades laterais onde se alojam as rodas planetárias.
O parafuso é acionado pelo motor,
Um motor é um dispositivo que converte outras formas de energia em energia mecânica, de forma a impelir movimento a uma máquina ou veículo.
Em contraste, existem os chamados geradores.
O termo motor, no contexto da fisiologia, pode se referir aos músculos e a habilidade de movimento muscular, como em Coordenação Motora.
No contexto da informática, em Portugal, o termo motor é muito utilizado em denominações de várias tecnologias computacionais – como em "motor de busca", "motor de jogos", entre outros.
Desde os primórdios, a humanidade utiliza fontes motoras para obter trabalho.
Os primeiros motores utilizavam força humana, tração animal, correntes de água, o vento, e o vapor.
e está encarregado de acionar as duas rodas.
O processo de compressão ocorre tanto na parte superior como na inferior do compressor.
Com isto consegue-se aliviar a carga radial sobre os mancais, de modo a que a única carga que atua sobre os mesmos, além daquela resultante do próprio peso, é atuante sobre os eixos das rodas planetárias, resultante da pressão do gás nos dentes das mesmas durante o engrenamento.
Compressores de parafuso duplo
As secções transversais deste tipo de compressores podem apresentar configurações distintas.
No entanto, em ambos os casos, o rotor macho apresenta quatro lóbulos, enquanto que o rotor fêmea, apresenta seis reentrâncias (ou gargantas).
Normalmente, o veio do motor atua sobre o rotor macho, que por sua vez aciona o rotor fêmea.
Um compressor parafuso duplo pode ser descrito como uma máquina de deslocamento positivo com dispositivo de redução de volume.
O gás é comprimido simplesmente pela rotação dos rotores acoplados.
Este gás percorre o espaço entre os lóbulos enquanto é transferido axialmente da sucção para a descarga. Sucção
Quando os rotores giram, os espaços entre os lóbulos abrem-se e aumentam de volume.
O gás então é succionado através da entrada e preenche o espaço entre os lóbulos.
Quando os espaços entre os lóbulos alcançam o volume máximo, a entrada é fechada.
O gás admitido na sucção fica armazenado em duas cavidades helicoidais formadas pelos lóbulos e a câmara onde os rotores giram.
Compressão
Os lóbulos do rotor macho começarão a encaixar-se nas ranhuras do rotor fêmea no fim da sucção, localizada na traseira do compressor.
Os gases provenientes de cada rotor são unidos numa cunha em forma de "V", com a ponta desse "V" situada na intersecção dos fios, no fim da sucção.
Posteriormente, em função da rotação do compressor, inicia-se a redução do volume no "V", ocorrendo a compressão do gás.
Descarga
No compressor de parafuso não existem válvulas para determinar quando a compressão termina.
A localização da câmara de descarga é que determina quando isto acontece.
São utilizadas duas aberturas: uma para descarga radial na saída final da válvula de deslizamento e uma para descarga axial na parede de final de descarga.
O posicionamento da descarga é muito importante pois controla a compressão , uma vez que determina a razão entre os volumes internos.
O processo de descarga é finalizado quando espaço antes ocupado pelo gás é tomado pelo lóbulo do rotor macho.
Este sistema de descarga confere a este tipo de compressores uma vantagem adicional perante os compressores alternativos: a capacidade de operarem com razões de compressão mais altas.
Essa vantagem, deve-se ao fato de no final da descarga dos compressores de parafuso, todo o gás se ter expandido, isto é nenhum gás permanece dentro da câmara como acontece nos compressores alternativos.
Compressores compound
Enquanto que a maioria dos compressores efetua a compressão num único estágio, estes usam dois pares de rotores.
A compressão é repartida entre esses dois estágios, existindo entre cada um deles um processo de arrefecimento do gás que está a ser comprimido.
Com isto, para além da eficiência energética ser superior, a temperatura do gás de descarga é inferior àquela que seria obtida caso o compressor efetuasse a compressão num único estágio.
Nos compressores de parafuso arrefecidos a óleo, o óleo e o respectivo sistema de arrefecimento, são normalmente suficientes para garantir que a temperatura dos gases de escape não são demasiado elevadas. Estas poderiam por em causa quer a sua lubrificação, quer a sua vida útil do equipamento.
No entanto, quando a aplicação em causa exigir a utilização de compressões isentas de óleo, os compressores de parafuso compound são uma boa solução.
Nestes, mesmo que não se use o óleo, a existência de um sistema de arrefecimento a ar ou a água entre os dois estágios de compressão, é o suficiente para garantir temperaturas do gás de descarga que não sejam demasiado elevadas.
Compressores herméticos, semi-herméticos e abertos
Nos compressores herméticos, aplicados apenas para pequenas potências, o motor e o compressor encontram-se acoplados e ambos encerrados por invólucro metálico selado.
Nos semi-herméticos, compressores mais modernos que os anteriores, apesar de o motor e o compressor se encontrarem acoplados e envolvidos por um invólucro metálico, este pode ser desparafusado com vista a uma manutenção local.
Os compressores abertos são aqueles em que o acesso ao seu interior é facilitado.
Podem ser abertos e reparados no próprio local de funcionamento.
O motor encontra-se separados do compressor, sendo a transmissão efetuada normalmente através de correias.
[editar] Compressores Dinâmicos
Os compressores dinâmicos radias, no qual o escoamento de gás de saída é perpendicular ao eixo, são chamados compressores centrífugos.
Há modelos de compressores em que o escoamento do gás é paralelo ao eixo, chamados compressores axiais.
A diferença construtiva e de aplicação entre os dois tipos e bastante perceptível.
Os compressores centrífugos são adequados a gases venenosos, inflamáveis, em que se precisa comprimir uma grande quantidade de gas a uma alta pressão.
Os compressores axiais são adequados a gases menos perigosos, em grandes vazões e cuja pressão de descarga não é tão alta (até 30 bar), embora seja possível obter taxas de compressão duas vezes superiores a dos compressores centrífugos, em uma mesma carcaça.
Instalação e manutenção
No projeto de um compressor de parafuso devem-se ter certos cuidados de modo a facilitar a sua instalação e manutenção:
Os painéis e as tampas devem ser de fácil remoção com fechos de abertura rápida;
Purgador exterior de modo a permitir uma rápida mudança do óleo;
Filtro de aspiração de fácil acesso;
Uma secção reduzida do aparelho não requer muito espaço, permitindo a instalação mesmo em áreas limitadas;
Acesso simplificado para a limpeza do refrigerador;
Os elementos da assistência de rotina devem ser agrupados na mesma área, reduzindo o tempo de paragem e os custos;
Intervalo de manutenção normalizado e reduzidos;
Níveis de ruído baixos;
Os compressores devem ser concebidos, sempre que possível, para passar através de portas normais.
Os compressores de parafuso, por apresentarem poucas peças móveis e não apresentarem válvulas de entrada e saída e operarem com temperaturas internas relativamente baixas, não exigem muita manutenção. Praticamente isentos de vibrações, esses equipamentos têm uma longa vida útil.
Para instalá-los, recomenda-se assentá-los em locais distantes de paredes e teto e em pisos bem nivelados.
Para alguns tipos de manutenção, sendo elas rotineiras ou não, é indispensável o acionamento de um técnico, ou empresa especializada na área.
O mercado brasileiro de compressores é extremamente restrito, basicamente se resume aos fabricantes, e as empresas pertencentes ao "mercado paralelo".
Dentre as empresas fabricantes, as principais são:
Atlas Copco, Chicago Pneumatic, Ingersoll Rand, Mycom, Sabroe, Sullair e Wayne.
Existem as empresas que ocupam uma pequena parte desse mercado, o qual é dominado por essas grandes multinacionais.
Apesar de não serem muito conhecidas, possuem grandes vantagens, dentre elas preços mais acessíveis (fator extremamente importante no mercado brasileiro), melhor relação com cliente, e mais flexibilidade (devido à menor burocracia).
Esses fatores fazem com que as "opções paralelas" aos poucos tomem um espaço um pouco maior no mercado.
Compressores de palheta
O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que gira excentricamente em relação à carcaça. Esse tambor possui rasgos radiais que se prolongam por todo o seu comprimento e nos quais são inseridas palhetas retangulares, conforme é mostrado no detalhe da figuras abaixo.
Compressor de Palhetas e rotor Compressor de Palhetas
Quando o tambor gira, as palhetas deslocam-se radialmente sob a ação da força centrífuga e se mantêm em contato com a carcaça.
0 gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os espaços definidos entre as palhetas.
Novamente observando a figura ao lado, podemos notar que, devido à excentricidade do rotor e às posições das aberturas de sucção e descarga, os espaços constituídos entre as palhetas vão se reduzindo de modo a provocar a compressão progressiva do gás.
A variação do volume contido entre duas palhetas vizinhas, desde o fim da admissão até o início da descarga, define, em função da natureza do gás e das trocas térmicas, uma relação de compressão interna fixa para a máquina.
Assim, a pressão do gás no momento em que é aberta a comunicação com a descarga poderá ser diferente da pressão reinante nessa região.
0 equilíbrio é, no entanto, quase instantaneamente atingido e o gás descarregado.
Compressores de palhetas rotativas são caracterizados pela versatilidade, potência, confiabilidade e relação preço-qualidade.
Podem ser encontrados nos comboios, nas obras, destilarias, fábricas de bebidas, instalações de empacotamento e nas grandes e pequenas unidades industriais .
Compressores de lóbulos
Esse tipo de compressor possui dois rotores em que giram em sentido contrário, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangência entre si e com relação à carcaça.
O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa a câmara de compressão, sendo conduzido até a abertura de descarga pelos rotores,.
Os compressores de lóbulos, embora classificados volumétricos, não possuem compressão interna, porque os rotores apenas deslocam o fluido de uma região de baixa pressão para uma de alta pressão.
São conhecidos como sopradores ROOTS e constituem um exemplo típico do que se pode chamar de soprador, porque gera aumentos de pressão muito pequenos.
São amplamente utilizados na sobre alimentação de motores e como sopradores de gases de pressão moderada.
Os Compressores tipo roots, são compressores de baixa pressão, que são muito utilizados em transportes pneumáticos e na sobrealimentação dos motores Diesel.
Estes compressores apresentam um rendimento volumétrico muito baixo, mas em compensação o rendimento mecânico é elevado.
No entanto a principal vantagem destes compressores é a sua grande robustez, o que permite que rodem anos sem qualquer revisão.
Características dos compressores rotativos
O movimento é de rotação;
A velocidade de rotação é alta, o que permite acoplamento direto e dimensões reduzidas;
A fundação pode ser pequena;
O rendimento volumétrico é alto e independente da relação de pressão do compressor;
A ausência de válvulas, a não ser a da retenção de carga;
O arrefecimento pode ser feito durante a compressão por meio de óleo;
O funcionamento é silencioso
A lubrificação tem que ser eficiente;
A contaminação do gás com óleo lubrificante, o que exige um separador de óleo na instalação;
Desgaste apreciável por atrito entre os rotores e a carcaça;
Fugas internas de gás.
Assim como a equação de Clapeyron , determina que a compressão de um gás resulta no aumento de sua temperatura, o primeiro e o segundo princípio da termodinâmica igualmente não aceitam que exista trabalho sem energia, nesse sentido "para melhorar a performance dos sistemas compressão" tanto do compressor hermético como a temperatura do próprio gás comprimido (agente refrigerador) precisam passar por um processo de resfriamento diminuindo o volume sem alterar a composição, esse processo de resfriamento que muitas vezes é feito erroneamente levando o sistema ao meio "além da perda de energia dissipada na atmosfera" resulta em poluição atmosférica e para capturar essa energia uma solução são os sistemas integrados de condensação que funcionam afixados na carcaça dos compressores herméticos.
Refrigerador aberto
O funcionamento de um frigorífico baseia-se em três princípios:
O calor transfere-se das zonas quentes para as zonas frias (ou menos quentes).
A pressão é proporcional à temperatura.
Ou seja, aumentando a pressão, aumenta-se a temperatura.
A evaporação de um líquido retira calor.
Fenómeno análogo à sensação de frescura sentida pela evaporação de álcool sobre a pele, ou pela transpiração.
No interior de cada frigorífico existe uma serpentina oculta (evaporizador) onde circula um gás muito frio (-37 °C).
O calor dos alimentos é transferido para este gás que vai aquecendo à medida que percorre a serpentina.
Para transferir esse calor para o exterior usa-se um compressor que ao aumentar a pressão ao gás, aumenta-lhe a temperatura. Este gás aquecido segue para o condensador (a serpentina visível na parte traseira do frigorífico), onde troca calor com o ar exterior, arrefecendo o gás e condensando-o.
O líquido refrigerador passa então por uma válvula de expansão ou garganta, que provoca um abaixamento brusco na pressão e consequente evaporação instantânea e auto-arrefecimento.
Este gás frio entra no frigorífico e completa-se o ciclo termodinâmico.
O funcionamento está baseado no princípio dos gases perfeitos (ou gás ideal) e na Lei de Boyle-Mariotte. Seguindo estas regras, se um gás for comprimido (aumentando sua pressão), o mesmo irá aquecer.
O efeito contrário ocorre quando esta pressão diminui, isto é, o gás sofre uma queda de temperatura.
A finalidade do compressor é basicamente esta, comprimir o gás para aquecê-lo e empurrá-lo para a serpentina onde ocorre a troca de calor.
Quando chega à placa evaporadora, onde está a válvula de expansão, ocorre uma queda brusca da pressão, acompanhada também de uma queda na temperatura.
Alguns frigoríficos não utilizam energia elétrica mas energia térmica, queimando querosene, diesel ou qualquer forma de geração de calor.
Essas máquinas são extremamente silenciosas pois nao tem partes móveis além dos líquidos e gases que passam em seu interior.
Muito comumente são utilizados em áreas onde energia elétrica não é facilmente disponível como trailers e regiões rurais ou em situações onde o barulho do compressor pudesse incomodar, como quartos de hospital ou hotéis de luxo.
O ciclo termodinâmico nesses casos é chamado de Refrigeração por absorção.
Ciclo básico de refrigeração por absorção
Ciclo básico de refrigeração por absorção e seus componentes principais.
O ciclo básico de refrigeração por absorção opera com dois níveis de pressão, estabelecidos pelas temperaturas de evaporação TE e condensação TC, respectivamente.
Um ciclo básico de refrigeração por absorção e seus componentes principais.
Se pode observar que o ciclo contém dois circuitos, o circuito da solução e o circuito de refrigerante.
As setas indicam o sentido de escoamento do refrigerante e da solução, e também o sentido do fluxo de calor entrando ou saindo do ciclo.
No gerador, calor de uma fonte a alta de temperatura é adicionado ao ciclo a uma taxa , fazendo com que parte do refrigerante vaporize à temperatura de geração TG, e se separe da solução.
Esse vapor de refrigerante segue para o condensador, onde o calor de condensação é removido do ciclo, por meio de água ou ar, a uma taxa , fazendo com que o refrigerante retorne para a fase líquida à temperatura de condensação TC.
O refrigerante líquido, à alta pressão, passa por uma válvula de expansão - VEX, onde ocorre uma brusca queda de pressão associada com a evaporação de uma pequena parcela do refrigerante.
Esse fenômeno, conhecido como expansão, faz cair a temperatura do refrigerante, que segue então para o evaporador.
No evaporador, o refrigerante líquido, a uma baixa pressão e a uma baixa temperatura, retira calor do meio que se deseja resfriar a uma taxa , retornando novamente para a fase de vapor à temperatura de evaporação TE.
No gerador, após a separação de parte do refrigerante, a solução remanescente torna-se uma solução fraca ou pobre em refrigerante.
Essa solução pobre, a uma alta temperatura e a uma alta pressão, passa por uma válvula redutora de pressão VRP, tem sua pressão reduzida ao nível da pressão de evaporação e segue para o absorvedor.
No absorvedor, a solução absorve vapor de refrigerante oriundo do evaporador, tornando-se uma solução forte ou rica em refrigerante.
O processo de absorção é exotérmico, e para que esse processo não sofra interrupção, o calor de absorção precisa ser removido do ciclo a uma taxa , de forma a manter constante a temperatura de absorção TA.
Uma bomba de recirculação de solução - BSC é responsável por, simultaneamente, elevar a pressão e retornar a solução rica para o gerador, garantindo assim a continuidade do ciclo.
Vale destacar que o condensador e gerador estão submetidos à uma mesma pressão, pressão de alta do sistema, e por isso, em alguns equipamentos comerciais, são abrigados em um mesmo vaso.
Da mesma forma, o evaporador e o absorvedor estão submetidos à mesma pressão, pressão de baixa do sistema, e eventualmente abrigados em um mesmo vaso.
Coeficiente de performance - COP
O coeficiente de performance - COP, também conhecido como coeficiente de eficácia, caracteriza o desempenho de um ciclo de refrigeração, relacionando o efeito desejado - refrigeração, com o que se paga por isso - energia consumida.
No caso de um ciclo de refrigeração por absorção, o COP é definido como a relação entre a taxa de refrigeração e a taxa de calor adicionada ao gerador:
A termodinâmica nos diz que um ciclo ideal é aquele em que todos os processo são reversíveis, ou seja, após terem ocorrido podem ser invertidos sem deixar vestígios no sistema e no meio.
Também, define o ciclo de Carnot como sendo um ciclo ideal, de maior rendimento possível, operando entre dois reservatórios de temperatura constante.
Tendo como base o conceito do ciclo de Carnot, o COP do ciclo ideal de absorção pode ser representado pelas temperaturas em jogo no sistema, sendo usual desconsiderar-se o trabalho de bombeamento.
TA - Temperatura de absorção, ou temperatura da solução no absorvedor;
TE - Temperatura de evaporação, ou temperatura do refrigerante no evaporador;
TG - Temperatura de geração, ou temperatura da solução no gerador.
Considera-se que a temperatura da solução no absorvedor é aproximadamente igual à temperatura do refrigerante no condensador ou temperatura de condensação TC .
Classificação
Os sistemas de refrigeração por absorção podem ser classificados segundo os fluidos de trabalho empregados. São três as tecnologias comercialmente consagradas:
Amônia-água;
Amônia-água-hidrogênio; e
Água-brometo de lítio.
Os sistemas de refrigeração por absorção, utilizando a solução binária amônia-água, passaram a ser empregados comercialmente, a partir de 1859, com o intuito de produzir gêlo.
Nesses sistemas, a água faz o papel do fluido secundário, ou seja, é responsável por absorver os vapores de amônia.
Por utilizarem amônia como refrigerante, cuja temperatura de congelamento é de -77°C, tais sistemas são hoje normalmente empregados no campo da refrigeração, em grandes instalações industriais, que requeiram temperaturas inferiores a 0°C.
Contudo, o uso da solução amônia-água se estendeu, a partir das décadas de 1960 e 1970, para equipamentos de ar condicionado de pequeno a médio porte (10 a 90 kW), com condensação a ar, no resfriamento e na calefação de instalações residenciais e comerciais.
O sistema de refrigeração por absorção utilizando amônia-água-hidrogênio, também conhecido como sistema por difusão, foi desenvolvido em 1920 pelos suecos Baltazar von Platen e Carl Munters.
Tem como base o ciclo amônia-água, com a adição de hidrogênio para equalizar a pressão em todo o sistema. Empregado em refrigeradores residenciais e veiculares, o ciclo não possui bomba de recirculação de solução, fazendo com que esses equipamentos sejam extremamente silenciosos.
A utilização da absorção com solução de água-brometo de lítio, se deu a partir de 1946 com a disseminação do uso do condicionamento do ar para resfriamento e calefação de ambientes.
Nesse sistema, a água desempenha o papel do refrigerante, enquanto uma solução de água-brometo de lítio é o agente absorvente.
Por utilizar água como refrigerante, cuja temperatura de congelamento é 0°C, sua utilização é restrita a aplicações com alta temperatura de evaporação, ar condicionado por exemplo.
Atualmente, instalações centrais de ar condicionado em grandes edifícios, utilizam equipamentos de absorção, com condensação a água, fabricados nas capacidades de 352 a 5.275 kW.
Essas máquinas são relativamente sensíveis à inclinação.
O princípio de funcionamento deste tipo de aparelho está relacionado à Lei de Dalton. Segundo a lei de Dalton, a pressão de uma mistura de gases e/ou vapores que não reagem quimicamente entre si é igual à soma das pressões parciais de cada, ou seja, das pressões que cada um teria se ocupasse isoladamente o mesmo volume, na mesma temperatura.
O ciclo por absorção usa amônia como gás refrigerante e hidrogênio e água como substâncias auxiliares.
A pressão total é teoricamente a mesma em todos os pontos do circuito.
O que muda são as pressões parciais.
Em um trecho, a pressão parcial da amônia é menor que a do hidrogênio e o contrário em outro trecho. Assim, ambos os gases circulam pelo sistema.
Tal diferença de pressões parciais é produzida pela água, que tem grande afinidade pela amônia e quase nenhuma pelo hidrogênio.
Em funcionamento, o vaporizador recebe solução concentrada de amônia em água.
O vaporizador é aquecido por meio de uma chama alimentada por GLP ou querosene.
Este aquecimento vaporiza a solução e a amônia, por ser mais volátil, é separada da água no separador. Assim, a água que sai do mesmo é uma solução diluída de amônia em água.
O vapor de amônia é liquefeito no condensador e, ao sair, se mistura com hidrogênio.
Portanto, a pressão da amônia diminui devido à presença de outro gás na mistura.
A mistura de amônia e hidrogênio passa pelo evaporador, produzindo o resfriamento.
Em seguida, se encontra com a água quase pura do separador e ambas passam pela serpentina do absorvedor.
Conforme já dito, a água tem elevada afinidade com a amônia e quase não tem com o hidrogênio.
Assim, na saída do absorvedor, a amônia está dissolvida na água e o hidrogênio está livre, retornando ao evaporador.
A solução concentrada de amônia em água retorna ao vaporizador, reiniciando o ciclo.
A existência de sifões nas saídas do condensador e do separador servem para impedir a passagem do hidrogênio.
Portanto, no lado do condensador/separador, a pressão total é praticamente a pressão parcial da amônia.
A diferença de pressões parciais entre as partes mantém o fluxo do ciclo enquanto houver aquecimento.
A eficiência destes sifões, e o perfeito funcionamento deste tipo de equipamento está diretamente relacionada a um bom nivelamento do mesmo no piso.
Eficiência energética
A eficiência elétrica de um refrigerador residencial é basicamente função da sua capacidade, mas existem diferenças de nível se o sistema possui freezer (-18 graus Centígrados) combinado ou é um sistema de 1 porta somente com compartimento gelado (-3 a -5 graus Centígrados).
Do ponto de vista energético não vale a pena ter um refrigerador
1 porta e um freezer
2 equipamentos separados quando é possível ter ambos em um único equipamento.
Também é importante notar que para uma dada capacidade existe uma grande variação de eficiências, deixando claro que é muito importante realizar uma comparação antes da compra, pois o refrigerador é um dos ítens que mais consome energia numa residência.
J.P.Gomes
Frigorífico ou geladeira também conhecido por refrigerador no Brasil, e geleira em Moçambique e Angola, é um utensílio eletrodoméstico utilizado na conservação de alimentos.
O termo frigorífico é usado no Brasil para designar geladeiras de grande porte.
Consiste em um armário metálico com prateleiras e gavetas e uma porta isolante, para manter o frio no interior do utensílio.
O frio é produzido por um compressor, normalmente movido por um motor elétrico.
Na maior parte dos casos, o frigorífico doméstico possui um compartimento para fabricar gelo e congelar produtos frescos, embora uma cozinha possa ter um destes eletrodomésticos e ainda um congelador separado (por exemplo, uma arca frigorífica).
Este utensílio é um descendente das antigas casas-de-gelo e caixas-de-gelo, que usavam gelo natural produzido no inverno nas regiões frias.
Ainda hoje as caixas térmicas, com isolamento plástico, são usadas para levar coisas frescas para a praia, quando se vai acampar, para a pequena venda-a-retalho de cervejas e refrigerantes), além de utilização no transporte de materiais sensíveis como alguns tipos de medicamentos.
Para além da versão doméstica, são comuns os frigoríficos industriais que podem ser do tamanho de um doméstico, mas especializados para variados tipos de produtos (como bebidas ou sorvetes), até ao tamanho de um cômodo de uma casa, ou maiores, como os utilizados em entrepostos frigoríficos para conservar pescado, carne ou vegetais para exportação, importação, ou para distribuição.
Neste caso recebem o nome de "câmara frigorífica".
A primeira máquina refrigeradora foi construída em 1856, usando o princípio da compressão de vapor,
Um vapor é uma substância na fase de gás à uma temperatura inferior à sua temperatura crítica.
Isto significa que o vapor pode ser condensado para um líquido ou para um sólido pelo aumento de sua pressão, sem ser necessário reduzir a temperatura.
Por exemplo, a água tem uma temperatura crítica de 374ºC (ou 647 K) que é a temperatura mais alta em que pode existir água no estado líquido.
Na atmosfera, em temperaturas normais, entretanto, água em estado gasosos é conhecida como vapor de água e irá condensar para a fase líquida se sua pressão parcial for suficientemente aumentada.
Um vapor pode coexistir com um líquido (ou sólido).
Quando isto for verdade, as duas fases estarão em equilíbrio, e a pressão de gás será igual à pressão de vapor de equilíbrio do líquido (ou sólido).
pelo australiano James Harrison, que tinha sido contratado por uma fábrica de cerveja para produzir uma máquina que refrescasse aquele produto durante o seu processo de fabricação, e para a indústria de carne processada para exportação.
Na áreas dos transportes de carga as primeiras experiencias iniciaram em 1851, nos EUA, e em 1857, foi construído o primeiro bem sucedido vagão refrigerado para a indústria de carnes de Chicago e, em 1866 o primeiro vagão com refrigeração apropriada para frutas, também nos Estados Unidos da América.
O primeiro frigorífico doméstico só apareceu em 1913 e foi batizado DOMELRE (DOMestic ELectric REfrigerator), mas este nome não teve sucesso e foi Kelvinator o nome que popularizou este utensílio nos EUA.
Tal como a maioria dos seus descendentes modernos, este frigorífico era arrefecido por meio de uma bomba de calor de duas fases.
Outro que se tornou muito popular foi o General Electric "Monitor-Top", que apareceu em 1927.
Ao contrário dos predecessores, neste frigorífico o compressor, que produzia bastante calor, estava colocado no topo do aparelho, protegido por um anel decorativo.
Foram vendidos mais de um milhão destes aparelhos, dos quais alguns ainda estão em funcionamento.
no Brasil
O primeiro aparelho produzido no Brasil, foi construído no ano de 1947, em uma pequena oficina na cidade de Brusque em Santa Catarina. De 1947 a 1950, Guilherme Holderegger e Rudolf Stutzer já tinham fabricado, na oficina de Brusque, 31 aparelhos movidos a querosene.
Então surge um novo personagem, Wittich Freitag, um comerciante bem sucedido da cidade de Joinville-SC, que convence os dois a montarem uma fábrica.
Fechada a sociedade entre os três, em 15 de julho de 1950 entra em operação a CONSUL, primeira fábrica de refrigeradores do Brasil, na cidade de Joinville.
Funcionamento Os compressores podem ser classificados em 2 tipos principais, conforme seu princípio de operação:
Compressores de deslocamento positivo (ou Estáticos):
Estes são subdivididos ainda em Alternativos ou Rotativos.
Nos compressores alternativos a compressão do gás é feita em uma câmara de volume variável por um pistão, ligado a um mecanismo biela-manivela similar ao de um motor alternativo.
Quando o pistão no movimento ascendente comprime o gás a um valor determinado, uma válvula se abre deixando o gás escapar, praticamente com pressão constante.
Ao final do movimento de ascensão, a válvula de exaustão se fecha, e a de admissão se abre, preenchendo a câmara a medida que o pistão se move.
Nos compressores rotativos, um rotor é montado dentro de uma carcaça com uma excentricidade (desnivelamento entre o centro do eixo do rotor e da carcaça).
No rotor são montadas palhetas móveis, de modo que a rotação faz as palhetas se moverem para dentro e para fora de suas ranhuras.
O gás contido entre duas palhetas sucessivas é comprimido a medida o volume entre elas diminui devido à rotação e à excentricidade do rotor.
Compressor axial. Compressores de Dinâmicos:
Estes são subdivididos ainda em centrífugos ou axiais.
Os compressores dinâmicos ou turbocompressores possuem dois componentes principais: impelidor e difusor.
0 impelidor é um componente rotativo munido de pás que transfere ao gás a energia recebida de um acionador.
Essa transferência de energia se faz em parte na forma cinética e em outra parte na forma de entalpia. Posteriormente, o escoamento estabelecido no impelidor é recebido por um componente fixo denominado difusor, cuja função é promover a transformação da energia cinética do gás em entalpia, com conseqüente ganho de pressão.
Os compressores dinâmicos efetuam o processo de compressão de maneira contínua, e portanto correspondem exatamente ao que se denomina, em termodinâmica, um volume de controle.
Os compressores atualmente são utilizados em diversas aplicações.
A mais simples é a compressão de ar, seja para acionamento e controle de válvulas, alimentação de motores ou turbinas a gás, até aplicações mais complexas, como o transporte de gás natural, injeção de CO2 em reservatórios subterrâneos, ou compressão de hidrocarbonetos em ciclos de refrigeração.
Quando são aplicados na alimentação forçada de motores, os compressores ou turbocompressores são chamados de sistemas de indução forçada.
Eles comprimem o ar que flui para o motor. A principal diferença entre um turbocompressor e um compressor é a fonte de energia.
Em um compressor, há uma correia que o conecta diretamente ao motor.
Ele obtém sua energia da mesma forma como o alternador do carro por exemplo.
Um turbocompressor e acionado por uma turbina, que retira energia dos gases de escape do motor e montada no mesmo eixo que o compressor.
Compressores rotativos
Nos compressores rotativos, os gases são comprimidos por elementos giratórios.
Outras das particularidades destes tipos de compressores são por exemplo as menores perdas mecânicas por atrito, pois dispensam um maior número de peças móveis, a menor contaminação de ar com óleo lubrificante, a ausência de reações variáveis sobre as fundações que provocam vibrações, o fato de a compressão ser feita de um modo continuo e não intermitente, como sucede nos alternativos e a ausência de válvulas de admissão e de descarga que diminui as perdas melhorando o rendimento volumétrico.
Outro aspecto muito importante, para os diferentes tipos, prende-se com a economia de energia, com os rendimentos volumétrico, associados a fugas, e mecânico, associado a movimentos relativos entre as peças que constituem a máquina, e com a manutenção dos mesmos.
Compressores de parafusos
Esse tipo de compressor possui dois rotores em forma de parafusos que giram em sentido contrario, mantendo entre si uma condição de engrenamento.
A conexão do compressor com o sistema se faz através das aberturas de sucção e descarga, diametralmente opostas:
O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os intervalos entre os filetes dos rotores.
A partir do momento em que há o engrenamento de um determinado filete, o gás nele contido fica encerrado entre o rotor e as paredes da carcaça.
A rotação faz então com que o ponto de engrenamento vá se deslocando para a frente, reduzindo o espaço disponível para o gás e provocando a sua compressão.
Finalmente, é alcançada a abertura de descarga, e o gás é liberado.
De acordo com o tipo de acesso ao seu interior, os compressores podem ser classificados em herméticos, semi-herméticos ou abertos.
A categoria dos compressores de parafuso pode também ser sub-dividida em compressores de parafuso duplo e simples.
Os compressores de parafuso podem também ser classificados de acordo com o número de estágios de compressão, com um ou dois estágios de compressão (sistemas compound)
[editar] Compressores de parafusos de baixa pressão
O principio de funcionamento é o mesmo do compressor de parafuso, eles trabalham com pressões iguais ao soprador lóbulo, a única diferença que os rotores têm uma cobertura especial de teflon para garantir menores folgas e ausência de contato do óleo com o ar, esses tipos de sopradores são isentos de óleo e com eficiência superior ao lóbulo (Roots), em pressões mais altas sua vida útil é superior.
Compressores de parafusos simples
O compressor de parafuso simples, consiste num elemento cilíndrico com ranhuras helicoidais, acompanhado por duas rodas planas dispostas lateralmente e girando em sentidos opostos.
O parafuso gira com uma certa folga dentro de uma carcaça composta de uma cavidade cilíndrica.
Esta contém duas cavidades laterais onde se alojam as rodas planetárias.
O parafuso é acionado pelo motor,
Um motor é um dispositivo que converte outras formas de energia em energia mecânica, de forma a impelir movimento a uma máquina ou veículo.
Em contraste, existem os chamados geradores.
O termo motor, no contexto da fisiologia, pode se referir aos músculos e a habilidade de movimento muscular, como em Coordenação Motora.
No contexto da informática, em Portugal, o termo motor é muito utilizado em denominações de várias tecnologias computacionais – como em "motor de busca", "motor de jogos", entre outros.
Desde os primórdios, a humanidade utiliza fontes motoras para obter trabalho.
Os primeiros motores utilizavam força humana, tração animal, correntes de água, o vento, e o vapor.
e está encarregado de acionar as duas rodas.
O processo de compressão ocorre tanto na parte superior como na inferior do compressor.
Com isto consegue-se aliviar a carga radial sobre os mancais, de modo a que a única carga que atua sobre os mesmos, além daquela resultante do próprio peso, é atuante sobre os eixos das rodas planetárias, resultante da pressão do gás nos dentes das mesmas durante o engrenamento.
Compressores de parafuso duplo
As secções transversais deste tipo de compressores podem apresentar configurações distintas.
No entanto, em ambos os casos, o rotor macho apresenta quatro lóbulos, enquanto que o rotor fêmea, apresenta seis reentrâncias (ou gargantas).
Normalmente, o veio do motor atua sobre o rotor macho, que por sua vez aciona o rotor fêmea.
Um compressor parafuso duplo pode ser descrito como uma máquina de deslocamento positivo com dispositivo de redução de volume.
O gás é comprimido simplesmente pela rotação dos rotores acoplados.
Este gás percorre o espaço entre os lóbulos enquanto é transferido axialmente da sucção para a descarga. Sucção
Quando os rotores giram, os espaços entre os lóbulos abrem-se e aumentam de volume.
O gás então é succionado através da entrada e preenche o espaço entre os lóbulos.
Quando os espaços entre os lóbulos alcançam o volume máximo, a entrada é fechada.
O gás admitido na sucção fica armazenado em duas cavidades helicoidais formadas pelos lóbulos e a câmara onde os rotores giram.
Compressão
Os lóbulos do rotor macho começarão a encaixar-se nas ranhuras do rotor fêmea no fim da sucção, localizada na traseira do compressor.
Os gases provenientes de cada rotor são unidos numa cunha em forma de "V", com a ponta desse "V" situada na intersecção dos fios, no fim da sucção.
Posteriormente, em função da rotação do compressor, inicia-se a redução do volume no "V", ocorrendo a compressão do gás.
Descarga
No compressor de parafuso não existem válvulas para determinar quando a compressão termina.
A localização da câmara de descarga é que determina quando isto acontece.
São utilizadas duas aberturas: uma para descarga radial na saída final da válvula de deslizamento e uma para descarga axial na parede de final de descarga.
O posicionamento da descarga é muito importante pois controla a compressão , uma vez que determina a razão entre os volumes internos.
O processo de descarga é finalizado quando espaço antes ocupado pelo gás é tomado pelo lóbulo do rotor macho.
Este sistema de descarga confere a este tipo de compressores uma vantagem adicional perante os compressores alternativos: a capacidade de operarem com razões de compressão mais altas.
Essa vantagem, deve-se ao fato de no final da descarga dos compressores de parafuso, todo o gás se ter expandido, isto é nenhum gás permanece dentro da câmara como acontece nos compressores alternativos.
Compressores compound
Enquanto que a maioria dos compressores efetua a compressão num único estágio, estes usam dois pares de rotores.
A compressão é repartida entre esses dois estágios, existindo entre cada um deles um processo de arrefecimento do gás que está a ser comprimido.
Com isto, para além da eficiência energética ser superior, a temperatura do gás de descarga é inferior àquela que seria obtida caso o compressor efetuasse a compressão num único estágio.
Nos compressores de parafuso arrefecidos a óleo, o óleo e o respectivo sistema de arrefecimento, são normalmente suficientes para garantir que a temperatura dos gases de escape não são demasiado elevadas. Estas poderiam por em causa quer a sua lubrificação, quer a sua vida útil do equipamento.
No entanto, quando a aplicação em causa exigir a utilização de compressões isentas de óleo, os compressores de parafuso compound são uma boa solução.
Nestes, mesmo que não se use o óleo, a existência de um sistema de arrefecimento a ar ou a água entre os dois estágios de compressão, é o suficiente para garantir temperaturas do gás de descarga que não sejam demasiado elevadas.
Compressores herméticos, semi-herméticos e abertos
Nos compressores herméticos, aplicados apenas para pequenas potências, o motor e o compressor encontram-se acoplados e ambos encerrados por invólucro metálico selado.
Nos semi-herméticos, compressores mais modernos que os anteriores, apesar de o motor e o compressor se encontrarem acoplados e envolvidos por um invólucro metálico, este pode ser desparafusado com vista a uma manutenção local.
Os compressores abertos são aqueles em que o acesso ao seu interior é facilitado.
Podem ser abertos e reparados no próprio local de funcionamento.
O motor encontra-se separados do compressor, sendo a transmissão efetuada normalmente através de correias.
[editar] Compressores Dinâmicos
Os compressores dinâmicos radias, no qual o escoamento de gás de saída é perpendicular ao eixo, são chamados compressores centrífugos.
Há modelos de compressores em que o escoamento do gás é paralelo ao eixo, chamados compressores axiais.
A diferença construtiva e de aplicação entre os dois tipos e bastante perceptível.
Os compressores centrífugos são adequados a gases venenosos, inflamáveis, em que se precisa comprimir uma grande quantidade de gas a uma alta pressão.
Os compressores axiais são adequados a gases menos perigosos, em grandes vazões e cuja pressão de descarga não é tão alta (até 30 bar), embora seja possível obter taxas de compressão duas vezes superiores a dos compressores centrífugos, em uma mesma carcaça.
Instalação e manutenção
No projeto de um compressor de parafuso devem-se ter certos cuidados de modo a facilitar a sua instalação e manutenção:
Os painéis e as tampas devem ser de fácil remoção com fechos de abertura rápida;
Purgador exterior de modo a permitir uma rápida mudança do óleo;
Filtro de aspiração de fácil acesso;
Uma secção reduzida do aparelho não requer muito espaço, permitindo a instalação mesmo em áreas limitadas;
Acesso simplificado para a limpeza do refrigerador;
Os elementos da assistência de rotina devem ser agrupados na mesma área, reduzindo o tempo de paragem e os custos;
Intervalo de manutenção normalizado e reduzidos;
Níveis de ruído baixos;
Os compressores devem ser concebidos, sempre que possível, para passar através de portas normais.
Os compressores de parafuso, por apresentarem poucas peças móveis e não apresentarem válvulas de entrada e saída e operarem com temperaturas internas relativamente baixas, não exigem muita manutenção. Praticamente isentos de vibrações, esses equipamentos têm uma longa vida útil.
Para instalá-los, recomenda-se assentá-los em locais distantes de paredes e teto e em pisos bem nivelados.
Para alguns tipos de manutenção, sendo elas rotineiras ou não, é indispensável o acionamento de um técnico, ou empresa especializada na área.
O mercado brasileiro de compressores é extremamente restrito, basicamente se resume aos fabricantes, e as empresas pertencentes ao "mercado paralelo".
Dentre as empresas fabricantes, as principais são:
Atlas Copco, Chicago Pneumatic, Ingersoll Rand, Mycom, Sabroe, Sullair e Wayne.
Existem as empresas que ocupam uma pequena parte desse mercado, o qual é dominado por essas grandes multinacionais.
Apesar de não serem muito conhecidas, possuem grandes vantagens, dentre elas preços mais acessíveis (fator extremamente importante no mercado brasileiro), melhor relação com cliente, e mais flexibilidade (devido à menor burocracia).
Esses fatores fazem com que as "opções paralelas" aos poucos tomem um espaço um pouco maior no mercado.
Compressores de palheta
O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que gira excentricamente em relação à carcaça. Esse tambor possui rasgos radiais que se prolongam por todo o seu comprimento e nos quais são inseridas palhetas retangulares, conforme é mostrado no detalhe da figuras abaixo.
Compressor de Palhetas e rotor Compressor de Palhetas
Quando o tambor gira, as palhetas deslocam-se radialmente sob a ação da força centrífuga e se mantêm em contato com a carcaça.
0 gás penetra pela abertura de sucção e ocupa os espaços definidos entre as palhetas.
Novamente observando a figura ao lado, podemos notar que, devido à excentricidade do rotor e às posições das aberturas de sucção e descarga, os espaços constituídos entre as palhetas vão se reduzindo de modo a provocar a compressão progressiva do gás.
A variação do volume contido entre duas palhetas vizinhas, desde o fim da admissão até o início da descarga, define, em função da natureza do gás e das trocas térmicas, uma relação de compressão interna fixa para a máquina.
Assim, a pressão do gás no momento em que é aberta a comunicação com a descarga poderá ser diferente da pressão reinante nessa região.
0 equilíbrio é, no entanto, quase instantaneamente atingido e o gás descarregado.
Compressores de palhetas rotativas são caracterizados pela versatilidade, potência, confiabilidade e relação preço-qualidade.
Podem ser encontrados nos comboios, nas obras, destilarias, fábricas de bebidas, instalações de empacotamento e nas grandes e pequenas unidades industriais .
Compressores de lóbulos
Esse tipo de compressor possui dois rotores em que giram em sentido contrário, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangência entre si e com relação à carcaça.
O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa a câmara de compressão, sendo conduzido até a abertura de descarga pelos rotores,.
Os compressores de lóbulos, embora classificados volumétricos, não possuem compressão interna, porque os rotores apenas deslocam o fluido de uma região de baixa pressão para uma de alta pressão.
São conhecidos como sopradores ROOTS e constituem um exemplo típico do que se pode chamar de soprador, porque gera aumentos de pressão muito pequenos.
São amplamente utilizados na sobre alimentação de motores e como sopradores de gases de pressão moderada.
Os Compressores tipo roots, são compressores de baixa pressão, que são muito utilizados em transportes pneumáticos e na sobrealimentação dos motores Diesel.
Estes compressores apresentam um rendimento volumétrico muito baixo, mas em compensação o rendimento mecânico é elevado.
No entanto a principal vantagem destes compressores é a sua grande robustez, o que permite que rodem anos sem qualquer revisão.
Características dos compressores rotativos
VANTAGENS
O movimento é de rotação;
A velocidade de rotação é alta, o que permite acoplamento direto e dimensões reduzidas;
A fundação pode ser pequena;
O rendimento volumétrico é alto e independente da relação de pressão do compressor;
A ausência de válvulas, a não ser a da retenção de carga;
O arrefecimento pode ser feito durante a compressão por meio de óleo;
O funcionamento é silencioso
DESVANTAGENS
A lubrificação tem que ser eficiente;
A contaminação do gás com óleo lubrificante, o que exige um separador de óleo na instalação;
Desgaste apreciável por atrito entre os rotores e a carcaça;
Fugas internas de gás.
Assim como a equação de Clapeyron , determina que a compressão de um gás resulta no aumento de sua temperatura, o primeiro e o segundo princípio da termodinâmica igualmente não aceitam que exista trabalho sem energia, nesse sentido "para melhorar a performance dos sistemas compressão" tanto do compressor hermético como a temperatura do próprio gás comprimido (agente refrigerador) precisam passar por um processo de resfriamento diminuindo o volume sem alterar a composição, esse processo de resfriamento que muitas vezes é feito erroneamente levando o sistema ao meio "além da perda de energia dissipada na atmosfera" resulta em poluição atmosférica e para capturar essa energia uma solução são os sistemas integrados de condensação que funcionam afixados na carcaça dos compressores herméticos.
Refrigerador aberto
O funcionamento de um frigorífico baseia-se em três princípios:
O calor transfere-se das zonas quentes para as zonas frias (ou menos quentes).
A pressão é proporcional à temperatura.
Ou seja, aumentando a pressão, aumenta-se a temperatura.
A evaporação de um líquido retira calor.
Fenómeno análogo à sensação de frescura sentida pela evaporação de álcool sobre a pele, ou pela transpiração.
No interior de cada frigorífico existe uma serpentina oculta (evaporizador) onde circula um gás muito frio (-37 °C).
O calor dos alimentos é transferido para este gás que vai aquecendo à medida que percorre a serpentina.
Para transferir esse calor para o exterior usa-se um compressor que ao aumentar a pressão ao gás, aumenta-lhe a temperatura. Este gás aquecido segue para o condensador (a serpentina visível na parte traseira do frigorífico), onde troca calor com o ar exterior, arrefecendo o gás e condensando-o.
O líquido refrigerador passa então por uma válvula de expansão ou garganta, que provoca um abaixamento brusco na pressão e consequente evaporação instantânea e auto-arrefecimento.
Este gás frio entra no frigorífico e completa-se o ciclo termodinâmico.
O funcionamento está baseado no princípio dos gases perfeitos (ou gás ideal) e na Lei de Boyle-Mariotte. Seguindo estas regras, se um gás for comprimido (aumentando sua pressão), o mesmo irá aquecer.
O efeito contrário ocorre quando esta pressão diminui, isto é, o gás sofre uma queda de temperatura.
A finalidade do compressor é basicamente esta, comprimir o gás para aquecê-lo e empurrá-lo para a serpentina onde ocorre a troca de calor.
Quando chega à placa evaporadora, onde está a válvula de expansão, ocorre uma queda brusca da pressão, acompanhada também de uma queda na temperatura.
Alguns frigoríficos não utilizam energia elétrica mas energia térmica, queimando querosene, diesel ou qualquer forma de geração de calor.
Essas máquinas são extremamente silenciosas pois nao tem partes móveis além dos líquidos e gases que passam em seu interior.
Muito comumente são utilizados em áreas onde energia elétrica não é facilmente disponível como trailers e regiões rurais ou em situações onde o barulho do compressor pudesse incomodar, como quartos de hospital ou hotéis de luxo.
O ciclo termodinâmico nesses casos é chamado de Refrigeração por absorção.
Ciclo básico de refrigeração por absorção
Ciclo básico de refrigeração por absorção e seus componentes principais.
O ciclo básico de refrigeração por absorção opera com dois níveis de pressão, estabelecidos pelas temperaturas de evaporação TE e condensação TC, respectivamente.
Um ciclo básico de refrigeração por absorção e seus componentes principais.
Se pode observar que o ciclo contém dois circuitos, o circuito da solução e o circuito de refrigerante.
As setas indicam o sentido de escoamento do refrigerante e da solução, e também o sentido do fluxo de calor entrando ou saindo do ciclo.
No gerador, calor de uma fonte a alta de temperatura é adicionado ao ciclo a uma taxa , fazendo com que parte do refrigerante vaporize à temperatura de geração TG, e se separe da solução.
Esse vapor de refrigerante segue para o condensador, onde o calor de condensação é removido do ciclo, por meio de água ou ar, a uma taxa , fazendo com que o refrigerante retorne para a fase líquida à temperatura de condensação TC.
O refrigerante líquido, à alta pressão, passa por uma válvula de expansão - VEX, onde ocorre uma brusca queda de pressão associada com a evaporação de uma pequena parcela do refrigerante.
Esse fenômeno, conhecido como expansão, faz cair a temperatura do refrigerante, que segue então para o evaporador.
No evaporador, o refrigerante líquido, a uma baixa pressão e a uma baixa temperatura, retira calor do meio que se deseja resfriar a uma taxa , retornando novamente para a fase de vapor à temperatura de evaporação TE.
No gerador, após a separação de parte do refrigerante, a solução remanescente torna-se uma solução fraca ou pobre em refrigerante.
Essa solução pobre, a uma alta temperatura e a uma alta pressão, passa por uma válvula redutora de pressão VRP, tem sua pressão reduzida ao nível da pressão de evaporação e segue para o absorvedor.
No absorvedor, a solução absorve vapor de refrigerante oriundo do evaporador, tornando-se uma solução forte ou rica em refrigerante.
O processo de absorção é exotérmico, e para que esse processo não sofra interrupção, o calor de absorção precisa ser removido do ciclo a uma taxa , de forma a manter constante a temperatura de absorção TA.
Uma bomba de recirculação de solução - BSC é responsável por, simultaneamente, elevar a pressão e retornar a solução rica para o gerador, garantindo assim a continuidade do ciclo.
Vale destacar que o condensador e gerador estão submetidos à uma mesma pressão, pressão de alta do sistema, e por isso, em alguns equipamentos comerciais, são abrigados em um mesmo vaso.
Da mesma forma, o evaporador e o absorvedor estão submetidos à mesma pressão, pressão de baixa do sistema, e eventualmente abrigados em um mesmo vaso.
Coeficiente de performance - COP
O coeficiente de performance - COP, também conhecido como coeficiente de eficácia, caracteriza o desempenho de um ciclo de refrigeração, relacionando o efeito desejado - refrigeração, com o que se paga por isso - energia consumida.
No caso de um ciclo de refrigeração por absorção, o COP é definido como a relação entre a taxa de refrigeração e a taxa de calor adicionada ao gerador:
A termodinâmica nos diz que um ciclo ideal é aquele em que todos os processo são reversíveis, ou seja, após terem ocorrido podem ser invertidos sem deixar vestígios no sistema e no meio.
Também, define o ciclo de Carnot como sendo um ciclo ideal, de maior rendimento possível, operando entre dois reservatórios de temperatura constante.
Tendo como base o conceito do ciclo de Carnot, o COP do ciclo ideal de absorção pode ser representado pelas temperaturas em jogo no sistema, sendo usual desconsiderar-se o trabalho de bombeamento.
TA - Temperatura de absorção, ou temperatura da solução no absorvedor;
TE - Temperatura de evaporação, ou temperatura do refrigerante no evaporador;
TG - Temperatura de geração, ou temperatura da solução no gerador.
Considera-se que a temperatura da solução no absorvedor é aproximadamente igual à temperatura do refrigerante no condensador ou temperatura de condensação TC .
Classificação
Os sistemas de refrigeração por absorção podem ser classificados segundo os fluidos de trabalho empregados. São três as tecnologias comercialmente consagradas:
Amônia-água;
Amônia-água-hidrogênio; e
Água-brometo de lítio.
Os sistemas de refrigeração por absorção, utilizando a solução binária amônia-água, passaram a ser empregados comercialmente, a partir de 1859, com o intuito de produzir gêlo.
Nesses sistemas, a água faz o papel do fluido secundário, ou seja, é responsável por absorver os vapores de amônia.
Por utilizarem amônia como refrigerante, cuja temperatura de congelamento é de -77°C, tais sistemas são hoje normalmente empregados no campo da refrigeração, em grandes instalações industriais, que requeiram temperaturas inferiores a 0°C.
Contudo, o uso da solução amônia-água se estendeu, a partir das décadas de 1960 e 1970, para equipamentos de ar condicionado de pequeno a médio porte (10 a 90 kW), com condensação a ar, no resfriamento e na calefação de instalações residenciais e comerciais.
O sistema de refrigeração por absorção utilizando amônia-água-hidrogênio, também conhecido como sistema por difusão, foi desenvolvido em 1920 pelos suecos Baltazar von Platen e Carl Munters.
Tem como base o ciclo amônia-água, com a adição de hidrogênio para equalizar a pressão em todo o sistema. Empregado em refrigeradores residenciais e veiculares, o ciclo não possui bomba de recirculação de solução, fazendo com que esses equipamentos sejam extremamente silenciosos.
A utilização da absorção com solução de água-brometo de lítio, se deu a partir de 1946 com a disseminação do uso do condicionamento do ar para resfriamento e calefação de ambientes.
Nesse sistema, a água desempenha o papel do refrigerante, enquanto uma solução de água-brometo de lítio é o agente absorvente.
Por utilizar água como refrigerante, cuja temperatura de congelamento é 0°C, sua utilização é restrita a aplicações com alta temperatura de evaporação, ar condicionado por exemplo.
Atualmente, instalações centrais de ar condicionado em grandes edifícios, utilizam equipamentos de absorção, com condensação a água, fabricados nas capacidades de 352 a 5.275 kW.
Essas máquinas são relativamente sensíveis à inclinação.
O princípio de funcionamento deste tipo de aparelho está relacionado à Lei de Dalton. Segundo a lei de Dalton, a pressão de uma mistura de gases e/ou vapores que não reagem quimicamente entre si é igual à soma das pressões parciais de cada, ou seja, das pressões que cada um teria se ocupasse isoladamente o mesmo volume, na mesma temperatura.
O ciclo por absorção usa amônia como gás refrigerante e hidrogênio e água como substâncias auxiliares.
A pressão total é teoricamente a mesma em todos os pontos do circuito.
O que muda são as pressões parciais.
Em um trecho, a pressão parcial da amônia é menor que a do hidrogênio e o contrário em outro trecho. Assim, ambos os gases circulam pelo sistema.
Tal diferença de pressões parciais é produzida pela água, que tem grande afinidade pela amônia e quase nenhuma pelo hidrogênio.
Em funcionamento, o vaporizador recebe solução concentrada de amônia em água.
O vaporizador é aquecido por meio de uma chama alimentada por GLP ou querosene.
Este aquecimento vaporiza a solução e a amônia, por ser mais volátil, é separada da água no separador. Assim, a água que sai do mesmo é uma solução diluída de amônia em água.
O vapor de amônia é liquefeito no condensador e, ao sair, se mistura com hidrogênio.
Portanto, a pressão da amônia diminui devido à presença de outro gás na mistura.
A mistura de amônia e hidrogênio passa pelo evaporador, produzindo o resfriamento.
Em seguida, se encontra com a água quase pura do separador e ambas passam pela serpentina do absorvedor.
Conforme já dito, a água tem elevada afinidade com a amônia e quase não tem com o hidrogênio.
Assim, na saída do absorvedor, a amônia está dissolvida na água e o hidrogênio está livre, retornando ao evaporador.
A solução concentrada de amônia em água retorna ao vaporizador, reiniciando o ciclo.
A existência de sifões nas saídas do condensador e do separador servem para impedir a passagem do hidrogênio.
Portanto, no lado do condensador/separador, a pressão total é praticamente a pressão parcial da amônia.
A diferença de pressões parciais entre as partes mantém o fluxo do ciclo enquanto houver aquecimento.
A eficiência destes sifões, e o perfeito funcionamento deste tipo de equipamento está diretamente relacionada a um bom nivelamento do mesmo no piso.
Eficiência energética
A eficiência elétrica de um refrigerador residencial é basicamente função da sua capacidade, mas existem diferenças de nível se o sistema possui freezer (-18 graus Centígrados) combinado ou é um sistema de 1 porta somente com compartimento gelado (-3 a -5 graus Centígrados).
Do ponto de vista energético não vale a pena ter um refrigerador
1 porta e um freezer
2 equipamentos separados quando é possível ter ambos em um único equipamento.
Também é importante notar que para uma dada capacidade existe uma grande variação de eficiências, deixando claro que é muito importante realizar uma comparação antes da compra, pois o refrigerador é um dos ítens que mais consome energia numa residência.
J.P.Gomes
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