quinta-feira, 16 de agosto de 2012

Como funciona o inverter split

Se você está pensando em comprar um ar condicionado split, deve considerar seriamente em comprar um com a tecnologia inverter. Sua conta de luz pode ter uma boa economia com esses ar condicionados.

Como funciona o inverter no ar condicionado split

O funcionamento de um ar condicionado split sem inverter.
Todo ar condicionado, seja ele de janela ou split, conta com um compressor e um termostato. Quando ligamos o ar condicionado, o compressor começa a funcionar e vai reduzindo a temperatura do ambiente até que ela “atinja” a que foi regulada no termostato: quando elas se igualam, o termostato desliga o compressor, mantendo apenas a ventilação do ar condicionado.
Um ponto que deve ser esclarecido: o termostato mede a temperatura do ar que volta para o ar condicionado.
É possível, e na verdade sempre ocorre, que em outros pontos este ar esteja muito mais frio. Esse é um dos motivos das frequentes brigas de pessoas que reclamam que está muito frio enquanto outras dizem que não, porque o termostato do aparelho está em 22o. C…
Mas o calor continua penetrado e sendo produzido no ambiente e por isso a temperatura vai subindo pois apenas a ventilação do ar condicionado está funcionado.
Quando a temperatura do ar que volta para o ar condicionado atinge a que o termostato está regulado, o compressor volta a funcionar e começa novamente a refrigerar o ambiente.
Esse é um ciclo que se repete nos ar condicionados , com os seguintes problemas:
o compressor do ar condicionado liga e desliga gerando picos de voltagem, o que faz, por exemplo, que algumas lâmpadas oscilem e pode até mesmo queimar alguns aparelhos elétricos
o compressor sempre funciona na sua rotação máxima e com o consumo máximo.
Um ar condicionado não-inverter pode ser comparado ao ligar e desligar duma lâmpada.
Ligar um aparelho deste tipo significa que funcionará no máximo de sua capacidade.
a temperatura oscila acima e abaixo do termostato
O funcionamento de um ar condicionado com inverter
De modo a resolver os problemas que um ar condicionado apresenta no seu funcionamento, pesquisadores japoneses chegarem a conclusão que se eles conseguissem alterar a velocidade de rotação do compressor (cerca de 3.000 RPM na capacidade máxima) eles superariam todos os problemas.
Daí nasceu o inverter, que na prática é colocar um inversor de frequência para controlar a velocidade de rotação do compressor do ar condicionado.
O inverter controla a velocidade de rotação do compressor do ar condicionado conforme a necessidade de refrigerar mais ou menos um ambiente.
Quando compramos um ar condicionado, a carga térmica é feita para a maior quantidade de calor (medido em BTU/h) que pode ser necessária retirar de um ambiente.
No dia a dia essa quantidade de BTU/h costuma ser menor (muitas vezes bem menor) do que a capacidade máxima do ar condicionado. A realidade é que pagamos mais BTUS do que geralmente usamos…
Quando uma menor quantidade de calor, BTU/h, precisa ser retirada do ambiente o inverter reduz a velocidade de rotação do compressor.
Quando é necessário retirar mais calor, o inverter aumenta a velocidade e assim sucessivamente
Com isso um ar condicionado split com inverter tem as seguintes vantagens:
o compressor nunca desliga evitando os picos de voltagem;
a velocidade de rotação do compressor é varável economizando energia
a temperatura praticamente não oscila no ambiente
Na prática, e no seu bolso, um ar condicionado split com inverter pode economizar entre 30 a 40% de energia que um modelo com a mesma capacidade mas sem inverter.
Inverter no ar condicionado janela?
Nada impede que seja feito um ar condicionado janela com inverter – ele tem o mesmo princípio de funcionamento (ciclo de refrigeração) que um ar condicionado split.
No entanto por motivos de marketing é improvável que venha a ser feito um.
As empresas fabricantes de ar condicionado apostam no split, seguindo uma tendência mundial (na China, por exemplo quase todos os ar condicionados vendidos são split).
Ou seja, o split vai conquistar uma fatia cada vez maior do mercado de ar condicionado e é provável que pouco avanço tecnológico ocorra com os aparelhos do tipo janela.
Comprar um ar condicionado split com inverter barato?
O inverter é uma tecnologia nova e nem todos os fabricantes de ar condicionado contam com aparelhos com ela.
Por isso o aparelho com inverter ainda tem uma diferença grande de preço (30 a 50%, dependendo do fabricante) do modelo sem ele. Felizmente essa diferença vai diminuir rápido com mais e mais fabricantes utilizando-a.
Assim, aconselhamos a calcular o consumo do ar condicionado, antes de comprar um.
Pode ser que você pague a diferença de preço do ar condicionado split com inverter em poucos meses…
Inverter, um inversor de frequência no ar condicionado
Mais e mais pessoas estão procurando comprar ar condicionado split com inverter pois isso representa uma economia de 30 a 40% no consumo de energia.
O interessante é que o inverter do ar condicionado na da mais é do que um inversor de frequência que controla a velocidade de rotação do compressor conforme a necessidade de retirar mais ou menos calor do ambiente.
O inversor de frequência não é uma tecnologia nova mas o seu uso em ar condicionado sim.
Cada vez mais o ar condicionado e a refrigeração como um todo irão incorporar conhecimento e tecnologia de comandos elétricos, eletrônica, CLP, etc em seu funcionamento.
Um técnico não pode pensar em parar de estudar nunca pois rapidamente se verá fora do mercado de trabalho.

O funcionamento de um inversor de frequência
Para você, que não conhece o funcionamento de um inversor de frequência e o funcionamento do inverter em ar condicionados do tipo split, colocamos o vídeo abaixo para você ter uma ideia e ver o que é possível se fazer com um inversor de frequência na refrigeração.

Vídeo de um invesor em funcionamento.
Fonte Senai.

J.P.Gomes

Você sabe o que ê Refrigeração



Refrigeração é a ação de resfriar determinado ambiente de forma controlada, tanto para viabilizar processos, processar e conservar produtos (refrigeração comercial e industrial) ou efetuar climatização para conforto térmico (veja ar-condicionado e ventilação).

Ciclos de refrigeração.

Para diminuir a temperatura é necessário retirar energia térmica de determinado corpo ou meio. Através de um ciclo termodinâmico, calor é extraído do ambiente a ser refrigerado e é enviado para o ambiente externo.
A refrigeração não destrói o calor, que é uma forma de energia.
Ela apenas o move de um lugar não desejado para outro que não faz diferença.
Entre os ciclos de refrigeração, os principais são o ciclo de refrigeração padrão por compressão, o ciclo de refrigeração por absorção e o ciclo de refrigeração por magnetismo.
Ciclo de refrigeração padrão por compressão.

Princípios.

Esquema básico de um sistema de refrigeração.
Em um ciclo de refrigeração padrão por compressão (refrigerador, ar-condicionado), existem basicamente quatro componentes:
Compressor, condensador, dispositivo de expansão e evaporador.
O fluido refrigerante na forma de líquido saturado passa pelo dispositivo de expansão (restrição), onde é submetido a uma queda de pressão brusca, onde passa a ter dois estados, o líquido e o gasoso.
O fluido refrigerante, nesse ponto, é denominado de flash gás.
Então o fluido é conduzido pelo evaporador, onde absorverá calor do ar do ambiente a ser refrigerado, vaporizando-se.
Na saída do evaporador, na forma de gás ele é succionado pelo compressor, que eleva sua pressão (e temperatura) para que possa ser conduzido através do condensador, que cederá calor ao ambiente externo, condensando o fluido e completando o ciclo.
O ventilador ou fan, efetua a circulação de ar, fazendo com que o ar a ser resfriado entre em contato com a serpentina do evaporador.
Para determinar as condições de trabalho do ciclo, aplica-se a primeira lei da termodinâmica em cada volume de controle. Representa-se o ciclo no diagrama pressão-entalpia, aonde se indica o estado do refrigerante em cada etapa.
Etapas de um Ciclo Ideal de Refrigeração.

Evaporação

Representação no diagrama pxh.
A evaporação é a etapa aonde o fluido refrigerante entra na serpentina como uma mistura predominantemente líquida, e absorverá calor do ar forçado pelo ventilador que passa entre os tubos.
Ao receber calor, o fluido saturado vaporiza-se, utilizando-se do calor latente para poder maximizar a troca de calor.
A capacidade de refrigeração, em W, pode ser expressada através da equação:

Compressão.

Representação no diagrama pxh.
A função do compressor é comprimir o fluido refigerante, elevando a pressão do fluido.
Em um ciclo ideal, a compressão é considerada adiabática reversível (isoentrópica), ou seja, desprezam-se as perdas.
Na prática perde-se calor ao ambiente nessa etapa, porém não é significativo em relação à potência de compressão necessária.
A potência de compressão, em W, pode ser expressada pela seguinte equação:

Condensação.

Representação no diagrama pxh.
A condensação é a etapa aonde ocorre a rejeição de calor do ciclo.
No condensador, o fluido na forma de gás saturado é condensado ao longo do trocador de calor, que em contato com o ar cede calor ao meio ambiente.
O calor rejeitado pelo condensador, em W, pode ser expresso pela equação:

Expansão.

Representação no diagrama pxh.
A expansão é a etapa onde ocorre uma perda de pressão brusca, porém controlada que vai reduzir a pressão do fluido da pressão de condensação para a pressão de evaporação.
Em um ciclo ideal ela é considerada isoentálpica, despreza-se as variações de energia cinética e potencial.

Coeficiente de performance.

O coeficiente de performance, COP, é um parâmetro fundamental na análise de sistemas de refrigeração.
Mesmo sendo de um ciclo teórico, pode-se verificar os parâmetros que influenciam o desempenho do sistema.
A capacidade de retirar calor sobre a potência consumida pelo compressor deve ser a maior possível.

Define-se COP com a seguinte relação:

Variáveis
Vazão mássica de refrigerante em kg/s
Calor retirado pelo evaporador em W.
Calor cedido pelo condensador em W.
Trabalho realizado pelo compressor em W.
e Entalpia de estado J/kg.
Coeficiente de performance.
Refrigeração por absorção.

Os sistemas de refrigeração por absorção de vapores são ciclos de refrigeração operados a calor, onde um fluido secundário ou absorvente na fase líquida é responsável por absorver o fluido primário ou refrigerante, na forma de vapor.
Ciclos de refrigeração operados a calor são assim definidos, porque a energia responsável por operar o ciclo é majoritariamente térmica.
Descoberta pelo escocês Nairn em 1777, a refrigeração por absorção tem por "pai" o francês Ferdinand Carré (1824-1900), que em 1859 patenteou a primeira máquina de absorção de funcionamento contínuo, usando o par amônia-água.
Água quente, vapor (baixa pressão e alta presssão) e gases de combustão, são algumas das fontes de calor utilizadas para operar equipamentos de absorção, cuja energia térmica pode ser obtida a partir dos seguintes meios:
Aproveitamento de rejeitos de calor de processos industriais e comerciais;
Cogeração;
Energia solar; e
Queima direta (biomassa, biodiesel, gás natural, biogás).

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 e condensação , respectivamente. pode observar que o ciclo contém dois circuitos, o circuito da solução e o circuito de refrigerante.
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 , 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 .
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 .
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 .
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.

Onde.

Temperatura de absorção, ou temperatura da solução no absorvedor;
Temperatura de evaporação, ou temperatura do refrigerante no evaporador;
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 .

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.


J.P.Gomes

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