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Compressores Características e Aplicação

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Faculdade Pitágoras – Unidade Betim / MG
Termodinâmica I
Professora: Giselle Aline dos Santos Gonçalves
Engenharia. Química – 6º Período
Compressores
Alexandre Gomes da Silva Santos
Antônio Augusto Freitas Fonseca
Claudio Alves de Souza
Denise F. da Silva Soares Rocha
Denise Helena Bragança
Heyder
Mauricio Donizeti da Silva Miranda
Taís Cristina da Silva
Viviana da Silva Ferreira
Betim, 21 de Novembro de 2012
1
Compressores
Trabalho apresentado para a obtenção
de
nota
parcial
na
disciplina
Termodinâmica I ministrada pela
professora Giselle Aline dos Santos
Gonçalves na Faculdade Pitágoras
campus Betim.
2
Sumário
1.
Histórico ......................................................................................................................................... 4
2.
Introdução ....................................................................................................................................... 7
3.
Justificativa ...................................................................................................................................... 7
4.
Objetivo ........................................................................................................................................... 7
5. Sistemas de refrigeração ..................................................................................................................... 8
5.1 Classificações da Refrigeração ...................................................................................................... 8
5.2 Sistemas de Compressão Mecânica de Vapor (CMV) ................................................................... 9
5.3 Sistemas de Refrigeração por Absorção...................................................................................... 12
5.4 Refrigerações Termoelétricas ..................................................................................................... 13
5.5 Climatizações Evaporativas ......................................................................................................... 15
5.5.1 Princípio de funcionamento: ................................................................................................ 16
6. Classificação e tipos de compressores .............................................................................................. 18
6.1 Quanto à aplicação:..................................................................................................................... 18
6.2 Quanto ao princípio construtivo: ................................................................................................ 18
6.3 Quanto ao funcionamento: ......................................................................................................... 18
7. Principio de funcionamento de compressores alternativos ............................................................. 19
7.1 - Ciclo de compressão ................................................................................................................. 19
7.2 Acionamento ............................................................................................................................... 20
7.3 A Disposição dos cilindros ........................................................................................................... 21
7.4 Numero de estágios .................................................................................................................... 21
7.5 Componentes de um compressor alternativo ............................................................................ 21
7.6 Sistema de Lubrificação............................................................................................................... 24
7.7 Sistema de Arrefecimento........................................................................................................... 25
7.8 Elementos de controle ................................................................................................................ 26
8. Compressor Parafuso ........................................................................................................................ 28
8.1 Princípios de Operação. .............................................................................................................. 29
8.2 Razão entre Volumes .................................................................................................................. 35
9. Compressores de Palhetas (Rotativos).............................................................................................. 39
10. Centrífugo........................................................................................................................................ 41
11. Compressores Scroll ........................................................................................................................ 45
12. Fluidos Refrigerantes e a Camada de Ozônio. ................................................................................ 47
13. Conclusão ........................................................................................................................................ 48
14. Referencias Bibliográficas ............................................................................................................... 49
3
1. Histórico
•
Primeira aplicação: certamente, na pré-história, para avivar as brasas de uma
fogueira.
•
Primeiro compressor: os pulmões humanos, 100 l/min e pressão de 0,02 a0,
08 bar em valores médios.
•
Encontra aplicação até nos dias de hoje.
•
Por volta de 3.000 AC, quando o homem começou a trabalhar com metais
esse compressor se mostrou ineficiente. Usou-se o vento como fonte de ar.
•
No Egito, em 1.500 AC, foram introduzidos os foles acionados com os pés ou
com as mãos.
•
Os foles manuais permaneceram em uso por mais de 2.000 anos. A figura 1
mostra
um
fole
de
1530,
usado
para
a
ventilação
de
minas.
Figura 1 Ilustração de utilização de foles manuais no Egito antigo
4
•
Em 1762 John Smeaton registra a patente de um compressor acionado por
uma roda d’água (vide figura 2).
•
Aperfeiçoamento com a invenção de John Wilkinson, a máquina de broquear.
•
O desenvolvimento dos compressores possibilitou o incremento do
processamento de minérios e da produção dos metais.
Figura 2 Compressor de John Smeaton
•
Em 1857 foi feita a primeira experiência de sucesso no transporte de energia
por meio de ar comprimido, na construção do túnel MontCenis, nos Alpes
Suíços.
•
Em Paris, no ano de 1888 entra em operação a primeira planta de distribuição
de ar comprimido (vide figura 3). O ar comprimido era usado desde o
acionamento de geradores e relógios até distribuição de cerveja.
5
Figura 3 Rede de distribuição de ar comprimido na França
A técnica de construção e de materiais foi se desenvolvendo, a figura 4,
mostra um
compressor de ar alternativo, resfriado a água, de duplo efeito e
duplo estágio, fabricação Mannesmann, de 1935.
•
O escoamento e aumento de pressão de fluidos compressíveis se torna
possível por máquinas como os compressores, ejetores, ventiladores,
sopradores e bombas de vácuo.
Figura 4 Desenho de um compressor alternativo
6
2. Introdução
O compressor é um equipamento concebido para aumentar a pressão de um fluido
em estado gasoso (ar, vapor de água, hidrogênio etc.) e armazená-la em
reservatórios próprios para que esta pressão possa ser utilizada para diversos
trabalhos. Possui o mesmo princípio de funcionamento que as bombas e as
diferenças entre eles são decorrentes das diferenças existentes nas propriedades
dos líquidos (incompressíveis, mais densos) e dos gases (compressíveis menos
densos). Em uma visão mais voltada a prática destes equipamentos, compressores
são máquinas operatrizes que transformam trabalho mecânico em energia
comunicada a um gás, preponderantemente sob forma de energia de pressão.
Graças a essa energia de pressão que adquire, isto é, à pressurização, o gás pode:

Deslocar-se a longas distancias em tubulações;

Ser armazenado em reservatórios para ser usado quando necessário, isto é,
acumulo de energia;

Realizar trabalho mecânico, atuando sobre dispositivos, equipamentos e
máquinas motrizes (motores a ar comprimido, por exemplo).
Nesse trabalho de pesquisa abordaremos os compressores de refrigeração que são
máquinas desenvolvidas por certos fabricantes com vistas a essa aplicação. Operam
com fluidos bastante específicos e em condições de sucção e descarga pouco
variáveis, possibilitando a produção em série e até mesmo o fornecimento incluindo
todos os demais equipamentos do sistema de refrigeração.
3. Justificativa
A atividade de pesquisa visa o crescimento acadêmico o conhecimento dos
sistemas de refrigeração usuais, aplicando conhecimentos termodinâmicos,
conhecendo tipos de compressores e suas funcionalidades industriais.
4. Objetivo

Conhecer
aplicações
de
cálculos
termodinâmicos
nos
sistemas
de
refrigeração;

Tipos de compressores, principio de funcionamento e aplicações;
7
5. Sistemas de refrigeração
5.1 Classificações da Refrigeração
A área de refrigeração cresceu de tal maneira no último século que acabou por
ocupar os mais diversos campos. Para conveniência de estudos, as aplicações da
refrigeração podem ser classificadas dentro das seguintes categorias: doméstica,
comercial, industrial, para transporte e para condicionamento de ar. A refrigeração
doméstica abrange principalmente a fabricação de refrigeradores de uso doméstico
e de freezers. A capacidade dos refrigeradores domésticos varia muito, com
temperaturas na faixa de -8°C a -18°C (no compartimento de congelados) e +2°C a
+7°C (no compartimento dos produtos resfriados).
A refrigeração comercial abrange os refrigeradores especiais ou de grande porte
usados em restaurantes, sorveterias, bares, açougues, laboratórios, etc. As
temperaturas de congelamento e estocagem situam-se, geralmente, entre -5°C a 30°C.
Como regra geral, os equipamentos industriais são maiores que os comerciais(em
tamanho) e têm como característica marcante o fato de requererem um operador de
serviço.
São aplicações típicas industriais as fábricas de gelo, grandes instalações de
empacotamento de gêneros alimentícios (carnes, peixes, aves), cervejarias, fábricas
de laticínios, de processamento de bebidas concentradas e outras.
A refrigeração marítima refere-se à refrigeração a bordo de embarcações e inclui,
por exemplo, a refrigeração para barcos de pesca e para embarcações de transporte
de cargas perecíveis.
A refrigeração de transporte relaciona-se com equipamentos de refrigeração em
caminhões e vagões ferroviários refrigerados.
Como podemos observar, as aplicações da refrigeração são as mais variadas,
sendo de certa forma bastante difícil estabelecer de forma precisa a fronteira de
cada divisão.
8
5.2 Sistemas de Compressão Mecânica de Vapor (CMV)
Pode-se entender a lógica de funcionamento dos principais sistemas de refrigeração
atuais estudando o funcionamento de um refrigerador doméstico comum, também
conhecido como sistema de compressão mecânica de vapor. Na figura 5 temos um
modelo simplificado de um refrigerador doméstico.
Figura 5 Componentes de um refrigerador
Ele funciona a partir da aplicação dos conceitos de calor e trabalho, utilizando-se de
um fluido refrigerante. O fluido refrigerante, como dito anteriormente, é uma
substância que, circulando dentro de um circuito fechado, é capaz de retirar calor de
um meio enquanto se vaporiza a baixa pressão. Este fluido entra no evaporador a
baixa pressão, na forma de mistura de líquido mais vapor e retira energia do meio
interno refrigerado (energia dos alimentos) enquanto passa para o estado de vapor.
O vapor entra no compressor onde é comprimido e bombeado, tornando-se vapor
superaquecido e deslocando-se para o condensador, que tem a função de liberar a
energia retirada dos alimentos e a resultante do trabalho de compressão para o meio
exterior. O fluido, ao liberar energia, passa do estado de vapor superaquecido para
líquido (condensação) e finalmente entra no dispositivo de expansão, onde tem
suapressão reduzida, para novamente ingressar no evaporador e repetir-se assim o
ciclo. Esse processo é ilustrado através da figura 6.
9
Figura 6 Esquema de um ciclo de refrigeração
Os detalhes do funcionamento de uma geladeira são descrito a seguir:
COMPRESSOR: sua principal função é succionar o fluido refrigerante a baixa
pressão da linha de sucção e comprimi-lo em direção ao condensador a alta pressão
e alta temperatura na fase gasosa (vapor super aquecido). Vide figura 7.
Figura 7 Compressor
CONDENSADOR: através do condensador e suas aletas, o fluido refrigerante
proveniente do compressor a alta temperatura, efetua a troca térmica com o
ambiente externo, liberando o calor absorvido no evaporador e no processo de
compressão. Nesta fase, ocorre uma transformação de vapor superaquecido para
líquido subresfriado a alta pressão (vide figura 8).
10
Figura 8 Condensador
FILTRO SECADOR: exerce duas funções importantes:
A primeira é reter partículas sólidas que em circulação no circuito, podem ocasionar
obstrução ou danos à partes mecânicas do compressor. A segunda é absorver
totalmente a umidade residual do circuito que porventura não tenha sido removida
pelo processo de vácuo, evitando danos ao sistema como: formação de ácidos,
corrosão, aumento das pressões e obstrução do tubo capilar por congelamento da
umidade. Vide figura 9.
Figura 9 Filtro secador
TUBO CAPILAR: é um tubo de cobre com diâmetro reduzido que tem como função
receber o fluido refrigerante do condensador e promover a perda de carga do fluido
refrigerante separando os lados de alta e de baixa pressão.
EVAPORADOR: recebe o fluido refrigerante proveniente do tubo capilar, no estado
líquido a baixa pressão e baixa temperatura (veja figura 10). Nesta condição, o
fluido evapora absorvendo o calor da superfície da tubulação do evaporador,
ocorrendo a transformação de líquido subresfriado para vapor saturado abaixa
pressão. Este efeito acarreta o abaixamento da temperatura do ambiente interno do
refrigerador.
11
Figura 10 Evaporador
De maneira similar funcionam também os grandes sistemas de refrigeração, como
câmaras frigoríficas. O que difere os sistemas pequenos dos de grande porte é o
número de unidades compressoras, evaporadoras, de expansão e condensadoras
envolvidas, que nestes últimos podem ser múltiplos, bem como o sistema de
controle, que pode alcançar elevada complexidade.
5.3 Sistemas de Refrigeração por Absorção
O ciclo frigorífico por absorção de amônia difere do ciclo por compressão de vapor
na maneira pela qual a compressão é efetuada. No ciclo de absorção, o vapor de
amônia a baixa pressão é absorvido pela água e a solução líquida é bombeada a
uma pressão superior por uma bomba de líquido. A figura 11 mostra um arranjo
esquemático dos elementos essenciais deste ciclo.
Figura 11 Ciclo de Refrigeração de absorção de amônia
12
O vapor de amônia a baixa pressão, que deixa o evaporador, entra no absorvedor
onde é absorvido pela solução fraca de amônia. Esse processo ocorre a uma
temperatura levemente acima daquela do meio e deve ser transferido calor ao meio
durante esse processo. A solução forte de amônia é então bombeada através de um
trocador de calor ao gerador (onde são mantidas uma alta pressão e uma alta
temperatura). Sob essas condições, o vapor de amônia se separa da solução devido
a da transferência de calor da fonte de alta temperatura. O vapor de amônia vai para
o condensador, onde é condensado, como no sistema de compressão de vapor, e
então se dirige para a válvula de expansão e para o evaporador. A solução fraca de
amônia retorna ao absorvedor através do trocador de calor.
A característica particular do sistema de absorção consiste em requerer um
consumo muito pequeno de trabalho porque o processo de bombeamento envolve
um líquido. Isso resulta do fato de que, para um processo reversível, em regime
permanente e com variações desprezíveis de energia cinética e potenciais, o
trabalho é igual a–v.(P2-P1) e o volume específico do líquido (v) é muito menor que
o volume específico do vapor. Por outro lado, deve-se dispor de uma fonte térmica
de temperatura relativamente alta (100 a 200 °C). O equipamento envolvido num
sistema de absorção é um tanto maior que num sistema de compressão de vapor e
pode ser justificado economicamente apenas nos casos onde é disponível uma fonte
térmica adequada e que, de outro modo, seria desperdiçada.
5.4 Refrigerações Termoelétricas
Em 1821, Seebeck observou que, em um circuito fechado constituído por dois
metais diferentes, uma corrente elétrica circula sempre que as junções sejam
mantidas a temperaturas diferentes (vide figura 12).
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Figura 12 Esquema observado por Seebeck
Em 1834, Peltier observou o efeito inverso. Isto é, fazendo-se circular uma corrente
elétrica na mesma direção da F.E.M. gerada pelo efeito Seebeck, verifica-se o
resfriamento do ponto de junção, e vice-versa.
Em 1857, Willian Tomphson (Lord Kelvin) descobriu que um condutor simples,
submetido a um gradiente de temperatura sofre uma concentração de elétrons em
uma de suas extremidades, e uma carência dos mesmos na outra.
A aplicação da termoeletricidade se restringiu, durante muito tempo, quase que
exclusivamente à mensuração de temperaturas através dos chamados termopares.
As primeiras considerações objetivas a respeito da aplicação do efeito Peltier à
refrigeração foram feitas pelo cientista alemão Alternkirch, que demonstrou que o
material termoelétrico é qualitativamente bom quando apresenta um alto coeficiente
Seebeck (ou poder termoelétrico), alta condutividade elétrica e uma baixa
condutividade térmica.
Infelizmente, até 1949, não existiam materiais termoelétricos adequados. A partir de
1949, com o desenvolvimento da técnica dos semicondutores, que apresentam um
coeficiente Seebeck bastante superior ao dos metais, é que a refrigeração termo
elétrica tomou um grande impulso, permitindo criar maiores gradientes de
temperaturas entre a fonte quente e a fonte fria.
O refrigerador termoelétrico utiliza-se de dois materiais diferentes, como os pares
termoelétricos convencionais. Há duas junções entre esses dois materiais em um
refrigerador termoelétrico. Uma está localizada no espaço refrigerado e outra no
meio ambiente.
Quando uma diferença de potencial é aplicada, a temperatura da junção localizada
no espaço refrigerado decresce e a temperatura da outra junção cresce.
14
Operando em regime permanente, haverá transmissão de calor do espaço
refrigerado para a junção fria. A outra junção estará a uma temperatura acima da
ambiente e haverá então a transmissão de calor para o local, conforme mostra a
figura 13.
Figura 13 Esquema de um sistema de refrigeração termoelétrica
5.5 Climatizações Evaporativas
O condicionamento de ar por resfriamento evaporativo é um método ambientalmente
amigável e energeticamente eficiente, que utiliza água como fluido de trabalho e
pode ser uma alternativa econômica aos sistemas convencionais de ar
condicionado.
A evaporação da água é um processo endotérmico, isto é, nesse processo retirasse
muito calor do que quer que esteja em contato com ela. Um litro de água consome
cerca de 580 kcal para evaporar à temperatura ambiente.
No resfriamento evaporativo de ar, é o próprio ar que cede calor sensível para a
água evaporar, tendo assim a sua temperatura reduzida. Além disso, o resfriamento
evaporativo é um processo adiabático, ou seja, não rejeita calor para o ambiente
porque calor sensível é trocado apenas por calor latente, por esse motivo é
chamado também de resfriamento adiabático.
A humanidade observando a natureza, já utiliza o processo de resfriamento
evaporativo desde a antiguidade. Panos molhados pendurados nas janelas na
direção dos ventos predominantes e chafarizes em pátios fechados são alguns dos
recursos utilizados há milhares de anos para criar um clima agradável, usando o
15
processo de resfriamento evaporativo. O corpo humano em dias de calor controla a
temperatura eliminando milhares de gotículas de água pelos poros, que ao
evaporarem resfriam o corpo. Animais que tem pouca superfície de pele exposta,
por estar ela coberta por pelos ou penas, utilizam a grande superfície interna dos
pulmões para evaporar água e resfriar o corpo, é por isso que em dias quentes,
cachorros, galinhas e outros bichos respiram rapidamente, assim evaporam mais
água e conseguem reduzir a sua temperatura interna.
Outro exemplo muito usado, como já foi dito, é a moringa de barro para guardar
água potável, onde a evaporação pela parede porosa, mantém a água da moringa
fresca o dia todo.
5.5.1 Princípio de funcionamento:
O climatizador de ar possui um ventilador que força o ar externo através de um
painel evaporativo, sobre o qual a água circula continuamente pela ação de uma
bomba. O esquema básico pode ser verificado na figura 14.
Nesta passagem do ar pelo painel, há a troca de calor entre a água e o ar. A água
que evapora garante uma maior umidade do ar resfriado e é reposta por uma bóia
que mantém o nível do reservatório constante. Tal processo garante uma perda de
temperatura de até 12ºC. Porém, o aparelho possui algumas condições para um
bom funcionamento.
A troca contínua do ar ambiente por ar resfriado é fundamental para manter as
condições de conforto térmico no ambiente. A recirculação do ar já resfriado não é
interessante em questões de resfriamento já que com o aumento da umidade do ar,
a diminuição de temperatura será menor. Esta característica faz com que o aparelho
possa ser usado com portas abertas sem prejudicar o conforto térmico assim como o
funcionamento do aparelho.
16
Figura 14 Climatizador
Como citado, o resfriamento oferecido pelo climatizador por evaporação depende
juntamente da umidade relativa do ar, tendo uma relação inversamente proporcional.
Isto é, quanto menor a umidade relativa do ar, maior é o resfriamento obtido pelo
aparelho, conforme podemos verificar na tabela a seguir:
Temperatura
entrada
de
25°C
32°C
37°C
Umidade Relativa
Redução de temperatura
30%
8,5°C
9,5°C
12°C
40%
7,0°C
8,0°C
8,5°C
50%
5,5°C
6,5°C
7,0°C
75%
2,5°C
2,5°C
3,0°C
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6. Classificação e tipos de compressores
6.1 Quanto à aplicação:

Compressores de ar para serviços ordinários;

Compressores de ar para serviços industriais;

Compressores de gases ou de processos;

Compressores para instalações de refrigeração;

Compressores para vácuo.
Cada um desses equipamentos tem características próprias que atendem uma
determinada aplicação específica.
6.2 Quanto ao princípio construtivo:

Compressores volumétricos, também de chamados de deslocamento
positivo;

Compressores dinâmicos ou turbo compressores.
Nos primeiros a elevação da pressão é conseguida por meio da redução do volume
ocupado pelo fluido. Já no segundo caso a elevação da pressão é obtida pela
transformação da energia cinética do gás, que foi acelerado pelo impelidor (ou
rotor), em energia de pressão, quando o gás passa por elemento interno
denominado difusor.
6.3 Quanto ao funcionamento:
Alternativos
Volumétricos
Rotativos
Palhetas
Parafusos
Lóbulos
Compressores
Centrífugos ( Trajetória Radial )
Dinâmicos
Axiais ( Trajetória Axial )
Ejetores
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7. Principio de funcionamento de compressores alternativos
Compressores são utilizados para proporcionar a elevação da pressão de um gás ou
escoamento gasoso. Os compressores alternativos são compressores volumétricos
que conseguem a elevação
de pressão através da redução do volume de uma câmara (cilindro) ocupada pelo
gás. Utiliza um sistema biela-manivela para converter o movimento rotativo de um
eixo em movimento de translação. Assim, cada rotação do acionador, o pistão efetua
um percurso de ida e outro de vinda na direção do cabeçote, caracterizando o ciclo
de operação. O funcionamento do compressor alternativo está intimamente
associado ao comportamento das válvulas. Elas possuem um elemento móvel
(obturador) que funciona como um diafragma, comparando as pressões interna e
externa do cilindro. O obturador da válvula de sucção se abre (para dentro do
cilindro) quando a pressão na tubulação de sucção supera a pressão interna do
cilindro, e se mantém fechado em caso contrário. O obturador da válvula de
descarga se abre (para fora do cilindro) quando a pressão interna supera a pressão
na tubulação de descarga, e se mantém fechado na situação inversa.
7.1 - Ciclo de compressão
ADMISSÃO: o pistão se movimenta em sentido contrário ao cabeçote, fazendo com
que haja uma tendência de depressão no interior do cilindro que propicia a abertura
da válvula de sucção. Logo o ar é aspirado.
COMPRESSÃO: ao inverter-se o sentido de movimentação do pistão, a válvula de
sucção se fecha e o ar é comprimido até que a pressão interna do cilindro seja
suficiente para abrir a válvula de descarga.
DESCARGA: quando a válvula de descarga se abre, a movimentação do pistão faz
com que o ar seja expulso do interior do cilindro. Essa situação dura até que o pistão
encerre o seu movimento no sentido do cabeçote.
EXPANSÃO: a válvula de descarga se fecha e quando a pressão interna cair o
suficiente, a válvula de admissão se abrirá. O momento em que as duas válvulas
estão fechadas e o pistão se movimenta para baixo é denominado expansão.
19
Figura 15 Ciclo de compressão
7.2 Acionamento
Os Compressores estacionários são geralmente acionados por motores elétricos
enquanto que motores de combustão predominam para o acionamento de
compressores portáteis. Motores a Diesel são adequados para toda a gama de
potência e motores a gasolina até cerca de 20 kW.
Turbinas a vapor e a gás são também algumas vezes usadas com compressores
estacionários. Quando o acionamento é feito por motor elétrico, é requerida uma
margem de potência de 10 a 15 %, para prevenir contra queda de voltagem e etc.
Não é econômico usar-se uma grande margem já que a eficiência e o fator de
potência serão muito baixos. Motores de combustão são também selecionados com
uma margem de potência semelhante para permitir operações em altitudes
moderadas e sob temperaturas ambientes acima do normal. Arranjo de
acionamento: Acionamento com correias em V. Do ponto de vista construtivo de
maneira geral, o compressor em questão tem uma ponta de eixo externa, ou seja,
necessita de motor (elétrico ou de combustão interna) externo para virar o volante,
que através de uma interligação por correias e polias faz-se o acionamento do
compressor. Foi basicamente o primeiro a surgir na história da evolução dos
compressores.
20
7.3 A Disposição dos cilindros
A disposição desses cilindros poderá ser em “V”, em linha, opostos, em estrela, etc.
Figura 16 Disposição de cilindros
7.4 Numero de estágios
A fim de limitar o aumento de temperatura e melhorar a eficiência de compressão,
esta é normalmente levada a efeito em vários estágios, com o gás sendo resfriado
entre cada estágio. Também se consegue que aumenta a eficiência volumétrica
conforme a relação de compressão do primeiro estágio seja reduzida.
Figura 17 Estágios
7.5 Componentes de um compressor alternativo
A Cárter: tem a função de proteger as partes móveis do compressor (eixo, mancais,
biela, etc.) e serve também como reservatório de óleo lubrificante.
Virabrequim (eixo de manivelas): um eixo com seções defasadas em relação ao
centro são nessas seções de eixo defasadas que são montadas as bielas que por
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sua vez são o elo entre os pistões que por sua vez estão montados dentro dos
cilindros. O virabrequim tem a função de transformar o movimento alternativo de
sobe e desce dos pistões em movimento de rotação.
Biela: é o componente responsável por transmitir a força recebida pelo pistão e
repassar à árvore de manivelas ou virabrequim. Com a exclusiva função de inverter
o sentido de movimento, pois ligada ao pistão através de um pino a biela sobe e
desce e ligada ao virabrequim, preso com uma capa entre bronzinas, a biela
transmite a força em forma de movimento rotativo ou circular.
Pistão: é uma peça cilíndrica, normalmente, fabricado de materiais diversos tais
como ferro fundido cinzento ou nodular, alumínio ou aço, que se move
longitudinalmente no interior do cilindro.
Pino do pistão: é o órgão que serve de articulação entre biela e o pistão. Consiste
em um pino vazado de aço tratado termicamente.
Anéis de segmento: Os anéis de compressão - tem a função impedir a passagem
dos gases para o interior do cárter.
Os anéis raspadores - tem as funções de auxiliar o anel de compressão como
também de raspar o excesso de óleo da parede do cilindro.
Os anéis de óleo - tem a função de descarregar todo excesso de óleo lançado pelo
anel raspador para o interior do cárter.
Cilindros: São largos furos arredondados feitos através da carcaça. Os pistões se
ajustam nos cilindros, são ligeiramente mais largos que os pistões, para estes
deslizarem livremente. É o local onde ocorre a compressão dos gases.
Placa de válvulas: é o suporte de válvulas, de palhetas que fica montado entre o
bloco de cilindro do compressor e o cabeçote. Sua principal função é permitir uma
montagem das palhetas e facilitar o acesso para o manuseio, bem como a retenção
e pressão dos gases sobre o pistão, o qual garante um desempenho com segurança
e eficiência.
Volante: a função do volante é ligar a correia do motor que está separado do
compressor.
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Anel elástico: é um elemento usado para impedir o deslocamento axial do pino.
Conhecido também por anel de retenção, de trava ou de segurança.
Chaveta: permite a transmissão de movimento do eixo às polias. Aplicada em
uniões de órgãos que transmitem movimentos não só rotativos como também
retilíneos alternativos.
Retentor: é o elemento de vedação hermética do compressor, entre a árvore e o
bloco. Sua função é impedir a fuga do refrigerante por esta parte, quando existir
pressão positiva no cárter, e evitar entrada de ar no sistema, quando a instalação
está em vácuo, permitindo o movimento livre da árvore.
Juntas de vedação: são elementos destinados a proteger máquinas ou
equipamentos contra a saída de líquidos e gases, e a entrada de sujeira ou pó.
Rolamento de agulhas: utilizado para evitar atrito entre o conjunto pino do pistão
biela.
Correia: transmite potência do eixo do motor para eixo de manivelas.
Reservatório de Ar: normalmente, uma instalação de compressores é equipada
com um ou mais reservatórios de ar. Estes são dimensionados para satisfazer a
capacidade do compressor, o sistema de regulação, a pressão de trabalho e as
variações esperadas no consumo de ar. O Reservatório de ar serve para:
a) Armazenar ar comprimido;
b) Aumentar o resfriamento e coletar possível condensado residual;
c) Atenuar as variações de pressão na linha.
Os reservatórios de ar devem ser projetados e dimensionados de acordo com as
exigências das autoridades locais (normas de vasos de pressão em vigor – NR-13).
Válvulas: são componentes mais delicados e o bom funcionamento é muito
importante para os compressores alternativos. Uma ou mais válvulas de sucção e
uma ou mais válvulas de descarga. Estas válvulas regulam o fluxo de gás que entra
e sai do cilindro.
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Elementos básicos:
• Obturador: elemento de vedação da válvula, cujas faces são submetidas às
pressões interna e externa ao cilindro.
• Sede: parte da válvula na qual o obturador se apoia para efetuar o bloqueio do
gás.
• Encosto: elemento estrutural cuja finalidade é limitar o curso do obturador na
condição de abertura completa da válvula.
• Mola: tem como função regular movimento do obturador, atenuando os choques na
abertura e fechamento da válvula, devido à resistência gradual que oferece à
contração.
Figura 18 Atuação da mola
Figura 19 Detalhes de um compressor alternativo
7.6 Sistema de Lubrificação
Como existe movimento e atrito é necessária a lubrificação das partes móveis para
garantir o funcionamento do compressor. O compressor possui uma bomba de óleo
acionada pelo próprio virabrequim. Essa bomba aspira o óleo do cárter do
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compressor e o distribui por todo o compressor. Através de canais internos, o óleo
percorre o virabrequim lubrificando seus colos e as bronzinas, por canais internos
das bielas o óleo sobe e lubrifica a parte superior do compressor (os pistões,
camisas, etc.).
7.7 Sistema de Arrefecimento
Os compressores alternativos são dotados de um sistema de arrefecimento que
consiste, no caso mais geral, na circulação forçada de água através das camisas
que envolvem a câmara de compressão. No processo a ar, o resfriamento consiste
em fazer circular o ar natural pelas aletas do bloco.
Figura 20 Ciclo completo
Figura 21 Movimento do pistão
25
Figura 22 Movimento do pistão
7.8 Elementos de controle
Filtros de ar.
Os filtros devem:
a) Ter alta eficiência de separação – boa retenção das partículas sem perda de
outras propriedades;
b) Boa capacidade de acumulação – uma boa capacidade aumenta os intervalos
de manutenção. Compressor com resfriamento por Compressor com
resfriamento a ar;
c) Baixa resistência ao fluxo de ar – os filtros de óleo têm a maior queda de
pressão -15 mbar.
d) Construção robusta – têm de suportar as pulsações de ar, os mais usuais são
os de papel e de labirinto.
Manômetro diferencial: acessório de grande utilidade serve para medir a diferença
de pressão entre a entrada e saída do filtro, indicando o momento da limpeza ou
substituição do elemento filtrante.
Válvula de Segurança: uma válvula de segurança deve sempre ser colocada no tubo
de descarga, imediatamente após o compressor. Esta válvula deveria ser posta a
operar quando é ultrapassada a pressão de descarga máxima permissível do
compressor.
26
Válvula interruptora (Shut-off): a válvula interruptora (“shut-off”) deve ser do tipo que
causa pequena queda de pressão. Os tipos recomendáveis são as válvulas de
diafragma ou as válvulas de gaveta. Antes da válvula “shut-off” deve ser colocada
uma válvula de segurança de modo que o compressor possa ser despressurizado
depois de paralisado. Isto sempre deve ser feito antes das tampas de válvulas
serem removidas para inspeção ou conserto das válvulas.
Purgador (dreno): do tipo bóia, termodinâmico, eletrônico temporizado, eletrônico por
sensor de nível ou manual, servem para drenar da linha de ar comprimido o
condensado formado durante a trajetória do mesmo pela tubulação.
27
8. Compressor Parafuso
Os compressores parafuso são hoje largamente usados em refrigeração industrial
para a compressão de amônia e outros gases. Conceitualmente simples, a
geometria dessas máquinas é de difícil visualização, e muitas pessoas utilizam os
compressores parafuso, tendo somente uma vaga ideia de como eles realmente
operam. Uma compreensão dos princípios básicos de sua operação irá contribuir
para a sua correta utilização, evitando problemas e alcançando um melhor
desempenho global da instalação (vide figura 23).
Construção: um compressor parafuso típico, selado com óleo, é uma máquina de
deslocamento positivo que possui dois rotores acoplados, montados em mancais
para fixar suas posições na câmara de trabalho numa tolerância estreita em relação
à cavidade cilíndrica. O rotor macho tem um perfil convexo, ao contrário do rotor
fêmea, que possui um perfil côncavo. A forma básica dos rotores é semelhante à
uma rosca sem-fim, com diferentes números de lóbulos nos rotores macho e fêmea.
Frequentemente, os rotores macho têm 4 e os fêmeas 6. Alguns compressores com
tecnologia mais recente possuem a configuração 5+7. Qualquer um dos dois rotores
pode ser impulsionado pelo motor. Quando o rotor fêmea é acoplado ao motor com
uma relação entre os lóbulos de 4+6, a capacidade é 50 % maior que o acoplamento
feito no rotor macho, sob as mesmas condições. O torque é transferido diretamente
de rotor para rotor e o sentido da rotação é fixo. O dispositivo de acionamento é
geralmente conectado ao rotor macho, e este aciona o rotor fêmea por meio de uma
película de óleo.
Figura 23 Geometria básica de um compressor parafuso
28
O ciclo de operação possui três fases distintas: sucção, compressão e descarga
Vedação.
Todos os compressores parafuso utilizados em refrigeração utilizam injeção de óleo
na câmara de compressão para lubrificação, vedação e resfriamento. A vedação
entre os diferentes níveis de pressão compreende uma estreita faixa entre o
engrenamento dos rotores e a periferia dos mesmos na câmara de compressão. O
óleo é injetado diretamente na câmara de compressão em uma quantidade
suficiente, de forma a minimizar o vazamento e resfriar o gás. Posteriormente, este
óleo é separado do gás em um separador de óleo. A utilização da quantidade
adequada de óleo permite que este absorva a maioria do calor proveniente da
compressão, fazendo com que a temperatura de descarga seja baixa, mesmo
quando a razão de compressão for alta. Por exemplo, operando numa razão de
compressão 20:1 em simples estágio com amônia sem injeção de óleo, a
temperatura de descarga pode chegar a 340ºC. Com o resfriamento de óleo, esta
mesma temperatura não excede 90ºC. Entretanto, operando a 20:1 ou mesmo numa
razão mais alta e em simples estágio, não há como superar a eficiência dos
sistemas de duplo estágio, que não danificam o compressor. As instalações com
sistema de duplo estágio são bastante comuns hoje em dia.
8.1 Princípios de Operação.
Um compressor parafuso pode ser descrito como uma máquina de deslocamento
positivo com dispositivo de redução de volume. Esta ação é análoga à de um
compressor alternativo. É útil referir-se ao processo equivalente efetuado por um
compressor alternativo, para se entender melhor como funciona a compressão em
um compressor parafuso. 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 se abrem 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.
29
Figura 24 princípios de sucção
Este processo é análogo à descida do pistão num compressor alternativo.
O refrigerante admitido na sucção fica armazenado em duas cavidades helicoidais
formadas pelos lóbulos e a câmara onde os rotores giram. O volume armazenado
em ambos os lados e ao longo de todo o comprimento dos rotores é definido como
volume de sucção (Vs). Na analogia com o compressor alternativo, o pistão alcança
o fundo do cilindro e a válvula de sucção fecha, definindo o volume de sucção Vs.
Isto pode ser visto na figura 25.
Figura 25 Princípio de sucção
30
Comparação entre processos de sucção.
O deslocamento volumétrico do compressor alternativo é definido em termos do
volume da sucção pela multiplicação da área da cavidade pelo percurso do cilindro e
pelo número deles. No caso do compressor parafuso, este deslocamento é dado
pelo volume da sucção por fio, vezes o número de lóbulos do motor acionado.
Figura 26 Volume máximo na sucção
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, como mostrado na figura 27.
31
Figura 27 Cunha em forma de "V"
Início da compressão
Posteriormente, em função da rotação do compressor, inicia-se a redução do volume
no “V” ocorrendo a compressão do gás. O ponto de intersecção do lóbulo do rotor
macho e da ranhura do rotor fêmea é análogo à compressão do gás pelo pistão em
um compressor alternativo.
Descarga
Em um compressor alternativo, este processo começa quando da abertura da
primeira válvula de descarga. Como a pressão no cilindro excede a pressão acima
da válvula, esta se abre, permitindo que o gás comprimido seja empurrado para a
descarga. O compressor parafuso não possui válvulas para determinar quando a
compressão termina: a localização da câmara de descarga é que determina quando
isto acontece como mostrado na figura 28 abaixo. O volume do gás nos espaços
entre os lóbulos na porta de descarga é definido como volume de descarga (VD).
32
Figura 28 Descarga
Continuação da Compressão.
Figura 29 Volume de descarga
Início da descarga.
São utilizadas duas aberturas: uma para descarga radial na saída final da válvula de
deslizamento e uma para descarga axial na parede de final da descarga. Estas duas
acarretam uma liberação do gás comprimido internamente, permitindo que seja
jogado na região de descarga do compressor. O posicionamento da descarga é
muito importante, pois controla a compressão, uma vez que determina a razão entre
volumes internos (Vi). Para se atingir a maior eficiência possível, a razão
entrevolumes deve possuir uma relação com a razão entre pressões.
33
Figura 30 Descarga em detalhe
Descarga
Em um compressor alternativo, o processo de descarga é finalizado quando o pistão
alcança o ponto superior da câmara de compressão e a válvula de descarga se
fecha. No compressor parafuso, isto ocorre quando o espaço antes ocupado pelo
gás é tomado pelo lóbulo do rotor macho.
Figura 31 Fim da descarga
Fim da descarga.
Os compressores alternativos sempre têm uma pequena quantidade de gás (espaço
morto) que é deixado no topo do cilindro de compressão e se expande no próximo
ciclo, desta forma, ocupando um espaço que poderia ser utilizado para aumentar a
massa de refrigerante succionado. No final da descarga de um compressor
34
parafuso, nenhum volume “nocivo” permanece no interior da câmara de
compressão, ou seja, todo o gás é jogado para fora. Esta é uma razão que faz com
que os compressores parafuso sejam capazes de operar com razões de
compressão mais altas do que os compressores alternativos.
8.2 Razão entre Volumes
Em um compressor alternativo, as válvulas de descarga abrem quando a pressão no
cilindro excede a pressão na descarga. Pelo fato do compressor parafuso não
possuir válvulas, a localização da câmara de descarga determina a máxima pressão
que será conseguida nos lóbulos, antes do gás ser empurrado para fora.
A razão entre volumes é uma característica de projeto fundamental em todos os
compressores parafuso. O próprio compressor é um dispositivo de redução de
volume. A comparação entre o volume de gás na sucção (Vs) e o volume de gás na
câmara de compressão quando a descarga se abre define a razão de redução de
volumes do compressor (Vi), que determina a razão de pressão do compressor
através das relações abaixo:
onde :
Vi = razão entre volumes
Vs = volume na sucção
Vd = volume na descarga
onde :
Pi = razão entre pressões
cp = calor específico do gás
Somente a pressão de sucção e a razão entre volumes definem o nível de pressão
do gás antes da abertura da câmara de descarga. Entretanto, em todos os sistemas
35
de refrigeração, a pressão de descarga do sistema é determinada pela temperatura
de condensação, e a temperatura de evaporação determina a pressão de sucção.
Volume dos espaços entre lóbulos.
Se a razão entre volumes do compressor for muito alta para uma dada condição de
operação, a descarga do gás tornar-se-á muito longa e a pressão ficará acima da
pressão de descarga.
Este fenômeno é denominado sobre-compressão e é representado por um diagrama
pressão-volume, conforme apresentado na Figura abaixo. Neste caso, o gás é
comprimido acima da pressão de descarga e quando ocorre a abertura da descarga,
a alta pressão do gás faz com que ocorra a expansão do refrigerante para a
tubulação de descarga, fora do compressor. Isto acarreta um trabalho maior do que
se a compressão tivesse sido interrompida quando a pressão interna fosse igual a
pressão na câmara de descarga.
Sobre-compressão - Diagrama P x V.
36
Quando a razão entre volumes é muito baixa para as condições de operação do
sistema, isto é chamado sub-compressão e está representada na figura 32. Neste
caso a abertura da porta de descarga acontece antes que a pressão do gás alcance
a pressão de descarga. Isto faz com que o gás que estava do lado de fora do
compressor invada a câmara de compressão, elevando a pressão imediatamente
para o nível de pressão da descarga. O compressor tem que trabalhar com um nível
de pressão mais alto, no lugar de trabalhar com uma gradual elevação do nível de
pressão.
Figura 32 Sub compressão
Sub-compressão - Diagrama P x V.
Nos dois casos, o compressor ainda funcionará, e o mesmo volume de gás será
deslocado, porém comum a potência requerida maior do que aquela que seria
utilizada se as aberturas de descarga estivessem localizadas corretamente, de modo
a equiparar a razão entre volumes com a necessidade do sistema. Isto gera um
custo de energia maior. Projetos de razão entre volumes variável são usados para
otimizar a localização da câmara de descarga e minimizar a potência requerida.
37
Figura 33 Relação entre pressão e volume
38
9. Compressores de Palhetas (Rotativos)
Existem dois tipos básicos de compressores de palhetas: o de palheta simples e o
de múltiplas palhetas.
Figura 34 Compressor de palhetas simples
Figura 35 Compressor de múltiplas palhetas
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
39
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 por mola, dividindo as
câmaras de aspiração e descarga.
Para um compressor de palheta simples, a taxa de deslocamento é dada por:
, (m3/s)
D- π/4( A²-B²).L (velocidade de rotação) (m³/s).
Onde:
A – diâmetro do cilindro (m)
B – diâmetro do rotor (m)
L – comprimento do cilindro (m)
U – velocidade de rotação (rot/s)
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 certo ponto, o
deslocamento cresce com o número de palhetas.
40
10. Centrífugo
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
a10.000kW
(172.10³ a
8,6.106kcal/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.
Figura 36 Vista em corte de um compressor centrífugo
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 eleva sua pressão, Figura 104. 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%.
O compressor centrífugo aciona um impulsor (dispositivo similar a um rotor) a
altíssima velocidade para rapidamente levar o ar para dentro de uma pequena caixa
41
de compressão. As rotações podem ir de 50 mil a 60 mil rpm. À medida que o ar é
conduzido ao cubo do impulsor, uma força centrífuga faz com que ele seja expulso
para o lado de fora. O ar sai do impulsor em alta velocidade, porém com baixa
pressão. Um difusor, conjunto de paletas fixas que envolvem o impulsor, converte o
ar de alta velocidade e baixa pressão em ar de baixa velocidade e alta pressão. As
moléculas do ar perdem velocidade quando atingem as paletas, o que reduz a
velocidade do fluxo de ar e aumenta a pressão.
Figura 37 Compressor centrífugo Pro Charger D1SC
Figura 38 Compressor centrífugo
Os compressores centrífugos são os mais eficientes e os mais comuns de todos os
sistemas de admissão forçada. Eles são pequenos, leves e são instalados na frente
do motor, em vez de na parte de cima deste. Eles também produzem um silvo
42
característico à medida que o motor aumenta a rotação, uma característica que pode
chamar atenção nas ruas.
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 condensadornão 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.
43
Figura 39 Controle de Variação automático para compressor centrífugo
Figura 40 Outro arranjo para o controle de variação automático de um compressor centrífugo
44
11. Compressores Scroll
Os compressores scroll (espiral), Figura abaixo, 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, movendose 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). Vide figura 41.
Figura 41 Esquema de um ciclo no compressor scroll
45
Figura 42 Compressor em corte
Figura 43 Movimento dos caracóis
Figura 44 Trajetória do gás no caracol
A capacidade de refrigeração dos compressores Scroll, para sistemas de expansão direta, está
na faixa de 1 a 15 TR (52,3 kW) e para resfriadores tipo Chiller está na faixa de 10 a 60 TR
(35 a 210 kW). Os compressores Scroll possuem alta eficiência volumétrica, variando de
93,6% a 96,9% para um aumento de relação de pressão de 2,7 para 3,58. Os compressores
Scroll possuem maior COP (3,35) em relação aos compressores rotativos e alternativos. O
46
HCFC-2 é o refrigerante utilizado atualmente em compressores Scroll e os refrigerantes HFC407C e HFC- 410A são, em longo prazo, seus substitutos, visto que o ano previsto para o fim
da fabricação do refrigerante HCFC-2 é 2020.
- TR (tonelada de refrigeração) – Unidade Inglesa – Definição: 1 TR é a quantidade de calor
necessária para derreter uma tonelada inglesa de gelo em um período de 24 horas.
TR é uma unidade muito usada em equipamento de grande capacidade frigorífica. Nesses
casos usa-se o TR porque seus valores são em números, menores do que em outras unidades. W (watts) – unidade de potência do sistema internacional de Unidades (S.I.), é obtida da
divisão J/s (joule por segundo).
Por ser unidade do S.I. é a unidade encontrada em catálogos de fabricantes de equipamentos,
por isso os cálculos para dimensionamento e selecionamento são desenvolvidos em watts
(W).
Equivalência entre as unidades mais usadas: 12.000 Btu/h = 1,0 TR = 3.024 Kcal/h =
3.516,28 W.
COP – Coeficiente de Performance. É a razão entre o calor retirado pelo evaporador e o
trabalho realizado pelo compressor. É um dado utilizado para medir a eficiência do
compressor.
12. Fluidos Refrigerantes e a Camada de Ozônio.
A indústria de refrigeradores já trabalhou com diversos tipos de fluidos refrigerantes. A meta foi
sempre utilizar substâncias menos tóxicas, seguras e não-inflamáveis. Os CFC’s (Cloro-Fluor-Carbono)
foi desenvolvido em 1928 pelo engenheiro americano Thomas Midgley (18/05/1889 - 02/11/1944) e
tornou-se o substituto da Amônia por ser não tóxico ao ser humano e não-inflamável. Somente em
1973 estudos comprovaram que os CFC’s eram danosos à Camada de Ozônio. Isso ocorre porque
esse gás não reage com a atmosfera, chegando assim intacta à camada de Ozônio, onde reage
diminuindo sua espessura e consequentemente seu poder de filtrar os raios solares. O Brasil assumiu
um compromisso de eliminar o uso dos CFC’s no Protocolo de Montreal (1987) até 2010. O IBAMA
controla a Importação, Produção e Distribuição de quaisquer SDO’s (Substâncias Destruidoras do
Ozônio). Nessa relação estão também os HCFC’s (substituto imediato dos CFC’s, menos danoso). O
IBAMA além de proibir a industrialização e importação de CFC’s, mantém um programa de
recolhimento dos fluidos remanescentes de equipamentos dando a eles uma destinação
ambientalmente correta.
47
13. Conclusão
Compressores são dispositivos conhecidos há séculos que impulsionaram a Indústria. Seu
princípio de funcionamento permanece o mesmo. Apesar disso está em constante evolução
com a inclusão de eletrônica em seus controles e construção de estruturas que possibilitam
maior rendimento com dimensões reduzidas.
Embora tenha evoluído nos últimos anos, o setor de compressores necessita de profissionais
com interesse e empenho em melhoria de suas construções.
A atenção dada ao ar comprimido deve ser muito mais criteriosa e controlada. Imagine que
para produzir uma unidade de energia pneumática são necessárias, em média, oito de energia
elétrica. Portanto, se o ar como matéria-prima é abundante, como fonte de energia é muito
caro de ser produzido. Um produto de sucesso exige um projeto que busque máxima
eficiência, preocupação com a segurança e meio ambiente e ainda disponibilize uma
Assistência Técnica eficaz.
O estudo sobre sistemas de refrigeração nos trouxe maior entendimento quanto à aplicação
prática das leis da termodinâmica. Assim podemos compreender melhor a finalidade da
disciplina em nossa grade curricular e conhecemos mais um ramo da Engenharia fascinante
que pode ser uma boa opção no mercado de trabalho para nós, alunos de Engenharia Química.
48
14. Referencias Bibliográficas
Ebah
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABcJMAD/compressores-alternativos,
acessado em 26 de agosto de 2012 às 13:54
PACHECO, Lucas de Macedo. TIPOS DE COMPRESSORES, PRINCÍPIOS
CONSTRUTIVOS,
FUNCIONAIS
E
SUAS
APLICAÇÕES.
Disponível
em
http://www.ebah.com.br/content/ABAAABcJMAD/compressores-alternativos
RAHN, Marco; “Válvulas de Expansão”. Revista Oficina do Frio, Ano 06, Nº 42,
Julho 1998, pág. 32 a 35.
JABARDO, J. M. S.; “Válvulas de Expansão Termostática – Parte I”. Revista
Tecnologia da Refrigeração, Ano 02, Nº 15, Novembro 2001, pág. 28 a 39.
ATHAYDE, Adriana; “Busca pela melhoria da Eficiência”. Revista Oficina do Frio,
Ano 06, Nº 47, Julho 1998, pág. 17 a 22.
“Coleção Técnica 1 – Evacuação e Desidratação da Unidade Selada”.
Revista Oficina do Frio, Ano 2, N.º 11, Jan.-Fev. 1995, pág. 20 a 28.
KT System. “Pneumática: o tratamento correto do ar comprimido”. Disponível em
http://www.ktsystem.com.br/artigo/pneumatica-o-tratamento-correto-do-arcomprimido, acessado em 18/11/2012, 21:00.
Metalplan. Manuais para ar-comprimido e Literatura Técnica. Disponível em
www.metalplan.com.br, acessado em 18/11/2012, 21:30.
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