Post on 07-Aug-2015
CENTRO UNIVERSITÁRIO CATÓLICO
AUXILIUM
Engenharia Mecatrônica
Sistemas de Refrigeração
Disciplina: Sistemas Térmicos
Professor: Odilon Caldeira Filho
Fabrício Marqui Sanches...... ................................................................ 191528
Luiz Otacilio Ferreira de Andrade ........................................................ 190673
Rafael Massaroto de Castilho ............................................................... 190617
Zabdiel Rodrigues de Moura ............................................................... 190627
Março 2010
2
Lista de Ilustrações
Figura 01 – Exemplos de sistemas de aplicação de refrigeradores.................................11
Figura 02 - Esquema Simplificado do Ciclo de Refrigeração por compressão de
vapor................................................................................................................................18
Figura 03 - Sistema simples de refrigeração de aplicação industrial..............................19
Figura 04 - Compressor de parafuso rotativo..................................................................20
Figura 05 - Semi-hermético parafuso com separador de óleo externo, 240 HP..............20
Figura 06 - Pistões rotativos............................................................................................20
Figura 07 - Princípio de funcionamento de um compressor alternativo..........................21
Figura 08 - Semi-hermético do tipo alternativo SRC-M (8 Cilindros), 160HP..............21
Figura 09 - SMC 106 L (6 cilindros) (Fabricante: SABROE) .......................................21
Figura 10 - Compressor Scroll em corte..........................................................................21
Figura 11 - Processo de compressão em um compressor Scroll......................................22
Figura 12 - Compressor Scroll 48.000 Btu/h (Fabricante: SANYO)..............................22
Figura 13: Exemplo de um compressor centrifugo.........................................................22
Figura 14 – Compressor tipo centrifugo (80 bar e 20.000 HP) (Fabricante: FSELLIOT)
.........................................................................................................................................23
Figura 15 - imagem de um condensador.........................................................................24
Figura 16: condensadores resfriados a ar........................................................................24
Figura 17 - Condensador resfriados a água....................................................................25
Figura 18 -Condensador tubo em tubo (tubo duplo) ......................................................25
Figura 19 - Carcaça e serpentina.....................................................................................26
Figura 20 - Carcaça e tubo...............................................................................................26
Figura 21 - Condensador evaporativo.............................................................................27
Figura 22 - Esquema do condensador evaporativo..........................................................27
Figura 23 – Funcionamento Evaporador.........................................................................29
Figura 24 – Comparação do sistema de expansão direta com o indireto........................29
Figura 25- Evaporador inundado.....................................................................................30
Figura 26 – Esquema de circuito com evaporador inundado..........................................30
Figura 27 – Evaporador Seco de Superfície Primária.....................................................31
Figura 28 – Esquema de circuito com expansão seca.....................................................31
Figura 29 – Esquema de um Evaporador de Superfície Estendida..................................31
Figura 30 – Evaporador tubo liso....................................................................................32
Figura 31 - Evaporador tipo tubo e aletas........................................................................32
Figura 32 – Evaporadores de Placas Conformadas.........................................................33
Figura 33 - Imagem de um pressostato............................................................................33
Figura 34 - Vista externa de um termostato....................................................................34
Figura 35 - Chave seletora...............................................................................................34
Figura 36: exemplo de um protetor térmico....................................................................34
Figura 38 – Filtro secador comercial...............................................................................35
Figura 39 – Ilustração de um filtro secador.....................................................................36
Figura 40 - Dutos de ar de chapas de aço galvanizado, (alumínio ou lã de vidro)..........36
Figura 41 - Dutos em aluminio ou aço galvanizado, com isolantes................................37
Figura 42 - Válvula reguladora de pressão......................................................................37
3
Figura 43 - Imagem de uma válvula controlada eletronicamente...................................38
Figura 44 - Válvula esfera...............................................................................................38
Figura 45 - Válvula de retenção OCV utilizado em alguns sistemas..............................38
Figura 46 - Válvula shut off............................................................................................38
Figura 47 - Válvula de expansão.....................................................................................39
Figura 48 - Válvula solenóide.........................................................................................39
Figura 49 - Exemplo de uma válvula de retenção...........................................................39
Figura 50 - A geladeira doméstica: um exemplo de ciclo de compressão de vapor........40
Figura 51 - Ciclo ideal de compressão de vapor.............................................................42
Figura 52 - Ciclo de compressão de vapor ideal no diagrama de Mollier.......................42
Figura 53 - Diferenças entre o ciclo teórico e o real de refrigeração..............................43
Figura 54 - Processo de transferência de calor no evaporador........................................44
Figura 55 - Processo de compressão adiabático reversível no compressor.....................45
Figura 56 - Processo de transferência de calor no condensador......................................45
Figura 57 - Processo no dispositivo de expansão............................................................46
Figura 58 – Influência da temperatura de evaporação no COP do ciclo teórico.............47
Figura 59 - Frigorífico de produtos por compressão de vapor por expansão direta........48
Figura 60 – Sistema frigorífico típico de supermercados (Multiplex ou paralelos)........49
Figura 61 – Compressores em paralelo – equalização de óleo........................................50
Figura 62 - Sistema Frigorífico típico de expansão indireta...........................................50
Figura 63 - Ilustração esquemática de um sistema de refrigeração – Ar condicionado
residência.l.......................................................................................................................51
Figura 64- Ciclo básico de refrigeração por absorção e seus componentes principais...54
Figura 65 - A unidade de absorção básica.......................................................................56
Figura 66 - Máquina de Refrigeração por absorção........................................................57
Figura 67 - Sistema de absorção intermitente.................................................................59
Figura 68 - Sistema de absorção contínua.......................................................................59
Figura 69 - Sistema de absorção contínuo utilizando uma bomba para manter a
diferença de pressão interna............................................................................................61
Figura 70 – Sistema de absorção com trocador de calor.................................................61
Figura 71 – Um arranjo de componentes em uma unidade de absorção comercial........62
Figura 72 – Unidade de refrigeração por absorção comercial.........................................62
Figura 73 - Esquema para refrigeração através de placas solares...................................63
Figura 74 – Ciclo de refrigeração utilizando placas solares como fonte de calor...........63
Figura 75 - Torre com enchimento tipo grade com bacia de água fria............................64
Figura 76 – Torre de resfriamento portátil......................................................................64
Figura 77 – Representação do funcionamento de uma Torre de Resfriamento...............65
Figura 78 - Balanço da água da Torre de Resfriamento..................................................65
Figura 79 - Remover os sólidos.......................................................................................67
Figura 80 - Filtro total (Full Stream)…………………………………………………...68
Figura 81 - Filtro parcial (Side Stream)...........................................................................68
Figura 82 - Esquema de um “chiller” de água.................................................................71
Figura 83 - Chiller compacto 2000KW; (amônia como fluido refrigerante), (Fabricante
YORK).............................................................................................................................71
4
Figura 84 - Sistema de dois estágios para Supermercados (120KW – LT).....................72
Figura 85 - Sistemas com NH3/CO2 para Supermercados...............................................72
Figura 86 – Aplicações de sistemas paralelos.................................................................73
Figura 87 – Rack com configuração em paralelo............................................................73
Figura 88 – Ciclo Cascata CO2/Amônia.........................................................................73
Figura 89 - Sistema Cascata com CO2/R-404ª................................................................74
Figura 90 – Ilustração dum equipamento de refrigeração R744/R717 – Cascata
(Vista Traseira)................................................................................................................74
Figura 91 – Ilustração dum equipamento de refrigeração R744/R717 – Cascata
(Vista Frontal) .................................................................................................................75
Figura 92 – Equipamento de refrigeração R744/R717 – Cascata...................................75
Figura 93 – Refrigeração em Shopping...........................................................................75
Figura 94 – Exemplificação de uma câmara frigorífica..................................................76
Figura 95 - Resfriados, armazenagem de xarope............................................................77
Figura 96 - Resfriados, World Courier, operador logística – farmacêuticos...................77
Figura 97 – Resfriamento de alimentos...........................................................................77
Figura 98 – Exemplo de Túneis Lineares de Resfriamento.............................................78
Figura 99 – Esquema do túnel de Resfriamento..............................................................78
Figura 100 – Componentes do túnel de resfriamento, módulo (a) e Unidade Frigorífica
(b)................................................................................................................................ .....78
Figura 101 – Sistema de refrigeração (Supermercado Wal-Mart, bairro do Morumbi, na
capital paulista)................................................................................................................79
Figura 102 – Unidade de refrigeração, Sistema chiller (racks house).............................79
Figura 103 - Unidade de cogeração instalada e operada pela ECOGEN (Caxias
Shopping, Duque de Caxias - Rio de Janeiro).................................................................80
5
Lista de Tabelas
Tabela 01 – Exemplo de Refrigerantes e algumas características...................................13
Tabela 02 - Compatibilidade de alguns fluidos com óleos lubrificantes.........................14
Tabela 03 – Refrigerante hidrocarbonos.........................................................................14
Tabela 04 - Impacto ambiental dos refrigerantes hidrocarbonos (R290, R600).............15
Tabela 05 - Impactos de cada refrigerante hidrocarbono sobre o compressor e o
dispositivo de expansão dos sistemas de refrigeração.....................................................15
Tabela 06 - compostos inorgânicos.................................................................................15
Tabela 07 - Algumas misturas de fluidos refrigerantes aprovadas para uso com 16
os compressores Embraco...............................................................................................16
Tabela 08 – Classificação dos refrigerantes, segundo os padrões de segurança da
norma ASHRAE 34-92....................................................................................................17
Tabela 09 – Características principais dos principais tipos de compressores.................19
Tabela 10 - Comparação entre os sistemas em paralelo e os sistemas convencionais
individuais.......................................................................................................................49
Tabela 11 - COP de máquinas de absorção.....................................................................57
6
INDICE
1-Histórico.........................................................................................................................9
1.1-Introdução......................................................................................................10
1.1.1-Fluidos refrigerantes.......................................................................11
1.1.2-Classificação dos Fluidos Refrigerantes.........................................12
1.1.3-Principais tipos e características de fluidos refrigerantes..............12
1.1.4-Fluidos alternativos.........................................................................13
1.1.4.1-Hidrocarbonetos...............................................................14
1.1.4.2-Inorgânicos.......................................................................15
1.1.4.3-Alguns fluidos alternativos substitutos............................16
1.1.5-Classificação dos Refrigerantes quanto ao nível de Toxicidade e
Inflamabilidade segundo a ASHRAE 34-92...................................................................16
1.1.5.1-Toxicidade........................................................................16
1.1.5.2-Inflamabilidade................................................................17
1.1.6-Nomenclatura dos refrigerantes segundo a ASHRAE....................17
2-Componentes de um sistema de refrigeração...............................................................18
2.1-Compressor....................................................................................................19
2.1.1-Imagens e esquema de compressores.............................................20
2.1.1.1-Compressor de parafuso rotativo.....................................20
2.1.1.2-Compressores de pistões..................................................20
2.1.1.3-Compressor alternativo....................................................21
2.1.1.4-Compressor Scroll............................................................21
2.1.1.5-Compressor centrifugo.....................................................22
2.1.2-Óleos de lubrificação......................................................................23
2.2-Condensador..................................................................................................24
2.2.1-Condensador resfriado a ar.............................................................24
2.2.2-Condensador resfriado a água.........................................................25
2.2.3-Condensador evaporativo...............................................................26
2.2.4-Transferência inadequada de calor pelo condensador....................27
2.2.5-Controle de capacidade do condensador.........................................28
2.3-Evaporador....................................................................................................28
2.3.1-O Processo de Evaporação..............................................................28
2.3.2-Evaporadores de expansão seca (expansão direta ou expansão D-X)
.............................................................................................................................29
2.3.3-Evaporadores inundados.................................................................30
2.3.4-Evaporadores de expansão seca......................................................30
2.3.5-Evaporador tubo liso.......................................................................31
2.3.6-Evaporador tipo tubo e aletas.........................................................32
2.3.7-Evaporador de superfície de placas................................................32
2.4-Pressostato.....................................................................................................33
2.5-Termostato.....................................................................................................33
2.6-Chave seletora...............................................................................................34
2.7-Protetor térmico (ou de sobrecarga)..............................................................34
7
2.8-Filtro secador.................................................................................................35
2.9-Dutos..............................................................................................................36
2.9.1-Perdas devido à fricção nos dutos...................................................36
2.10-Válvulas utilizadas em refrigeração.................................................37
2.10.1-Válvula Reguladora de Pressão........................................37
2.10.2-Válvula de Expansão Elétrica...........................................37
2.10.3-Válvula Esfera...................................................................38
2.10.4-Válvula de Retenção Diferencial de Óleo OCV...............38
2.10.5-Válvula Shut-off...............................................................38
2.10.6-Válvula de Expansão.........................................................39
2.10.7-Válvula Solenóide.............................................................39
2.10.8-Válvula de Retenção.........................................................39
3 - Refrigeração por Compressão de Vapor....................................................................40
3.1 - Princípio da Compressão de Vapor.............................................................41
3.2 - Ciclo Teórico de Refrigeração por Compressão de Vapor..........................41
3.3 - Ciclo Real de Compressão de Vapor..........................................................43
3.3.1 - Capacidade frigorífica..................................................................44
3.3.2 - Potência teórica de compressão....................................................45
3.3.3 - Calor rejeitado no condensador....................................................45
3.3.4 - Dispositivo de expansão...............................................................46
3.4 - Coeficiente de performance do ciclo...........................................................46
3.4.1 - Parâmetros que Influenciam o COP do Ciclo de Refrigeração....47
3.4.2 - Influência da temperatura de evaporação no COP do ciclo
teórico..................................................................................................................47
3.5 - Aplicações do ciclo de compressão a vapor................................................48
3.5.1 - Aplicação Industrial......................................................................48
3.5.1.1- Sistema de refrigeração com múltiplos compressores
(multiplex)................................................................................................48
3.5.2 - Aplicação residencial....................................................................51
4-Refrigeração por absorção............................................................................................53
4.1-Ciclo básico do sistema de refrigeração por absorção...................................53
4.1.1-Classificação...................................................................................55
4.1.1.1-Amônia-água....................................................................55
4.1.1.2-Amônia-água-hidrogênio – Difusão................................55
4.1.1.3-Água-brometo de lítio......................................................56
4.2-Aspectos gerais do sistema de refrigeração por absorção.............................56
4.3-Vantagens das máquinas de refrigeração por absorção.................................57
4.4-Desvantagens das máquinas de refrigeração por absorção............................57
4.5-Tipos de sistemas de absorção.......................................................................58
4.5.1-Princípios de sistemas de absorção intermitente............................58
4.5.2-Princípios do sistema de absorção contínuo...................................59
4.5.2.1-Sistemas de absorção contínuo com bomba.....................60
8
4.5.3-Ciclo de absorção com trocador de calor........................................61
4.6-Unidades de Absorção Comerciais...............................................................62
4.7-Aplicações Práticas......................................................................................63
5-Torres de Resfriamento................................................................................................64
5.1-Balanço da água............................................................................................65
5.1.1-Blow-down (Drenagem) ................................................................66
5.1.1.1-Controlando o Blow-down...............................................66
5.1.2-Perda por respingo..........................................................................66
5.1.3-Make-up (água de reposição)..........................................................66
5.1.4-Tratamento da água.........................................................................66
5.1.5-Fontes alternativas de água de make-up.........................................67
5.1.6-Filtragem.........................................................................................67
5.1.6.1-Opções de Filtragem........................................................68
6-Equipamentos e aplicações de sistemas de refrigeração..............................................70
6.1-Vantagens e Desvantagens............................................................................70
6.2-Solução as diferenças....................................................................................70
6.3-Sistemas Paralelos.........................................................................................72
6.4-Sistemas com ciclo cascata ...........................................................................73
6.5-Aplicações Industriais/comerciais.................................................................75
6.5.1-Câmaras Frigoríficas......................................................................76
6.5.1.1-Exemplos de câmaras frigoríficas e aplicações...............77
6.5.2-Túneis Lineares de Resfriamento...................................................77
6.5.3-Supermercado.................................................................................78
6.5.4-Shopping center..............................................................................79
7-Conclusão.................................................................................................................... .81
8-Referências Bibliográficas...........................................................................................82
9
1-Histórico
Em meados do século XIX o homem descobriu a propriedade criogênica de
gases (capacidade de retirar calor de um sistema quando submetido à expansão). E
começou a fazer gelo, industrialmente, em grande escala.
A partir dessa época, então, tem início a atividade comercial de conservação de
alimentos em grande escala. Não havia, sequer, os grandes entrepostos frigoríficos, mas
sim as fábricas de gelo. Nos setores comercial e residencial, este gelo industrial era
usado para fazer essa conservação dos alimentos em pequena escala.
Os gases refrigerantes usados neste início da história da refrigeração eram a
amônia, o dióxido de enxofre e o cloreto de metila. A refrigeração era, assim, um
processo perigoso, explosivo, inflamável e tóxico.
Além do que, necessitavam de pressão elevada para atingir capacidade
criogênica necessária à fabricação econômica de gelo. Os compressores frigoríficos de
então, devido limitação tecnológica da época, eram tidos como máquinas perigosas,
sujeitas a explosão.
Somente em 1931 começou a comercialização do Refrigerante 12, descoberto
pelo cientista Thomas Midgely Jr e sua equipe, mais conhecido como CFC 12.
O Freon não é inflamável, não é explosivo, não é tóxico e não corroem metais.
A teoria da redução da camada de ozônio fora comprovada em 1985, pelo Prof.
Sherwood Rowland e o Dr. Mario Molina por causa do CFCs, tão importante para
barrar o excesso de radiação solar ultravioleta na superfície da Terra:
A solução foi banir os CFCs (Regulação a nível mundial com o Tratado de
Montreal/Viena (1987), que regula a produção e o consumo de produtos destruidores da
camada de ozônio), usando outros gases refrigerantes, os HFCs e os HCFCs (R134a,
R404a, R502 ).
Contudo descobriu-se que esses refrigerantes quase, ou não afetam a camada de
ozônio, más agravam o efeito estufa.
A saída foi voltar ao inicio, usar refrigerantes naturais os HCs, (R600a,
R290,R1270) e o R744 (dióxido de carbono). Que por um lado são bons substitutos,
pois não exigem modificações no sistema ou no projeto e seu efeito é semelhante ao dos
CFCs, HFCs e HCFCs.
A desvantagem é a mesma de 80 anos atrás, ou seja, esses fluidos são
inflamáveis e explosivos.
10
1.1-Introdução
Define-se refrigeração como a parte da ciência que trata do processo de redução
e manutenção de temperatura de um espaço ou material abaixo da temperatura
ambiente.
Entende-se que é todo processo de redução de temperatura de uma substância dentro de
um espaço fechado.
Para diminuir a temperatura é necessário retirar energia térmica de determinado
corpo ou meio que se deseja resfriar, através de um ciclo termodinâmico, o calor é
extraído do ambiente a ser refrigerado e é enviado para o ambiente externo.
Em termos gerais, os princípios da refrigeração se baseiam em três tipos de
efeitos físicos observados em fenômenos naturais:
- Transmissão termodinâmica que provoca o resfriamento de substâncias postas em
contato com corpos a baixas temperaturas;
- Aumento de temperatura provocada pela evaporação de certas substâncias;
- Queda de temperatura provocada pela rápida expansão dos gases
Pode-se chamar de Ciclo de Refrigeração, uma situação onde, em circuito
fechado, o gás refrigerante, transformando-se sucessivamente em líquido e vapor, possa
absorver calor a baixa temperatura e pressão pela sua evaporação e rejeitar calor a alta
temperatura e pressão pela condensação.
A área de refrigeração para conveniência de estudos devido às aplicações pode
ser classificada 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 -8C a -18C (no compartimento de congelados) e
+2C a +7C (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 -5C a -30C.
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.
11
Figura 01 – Exemplos de sistemas de aplicação de refrigeradores.
Os sistemas de refrigeração industriais atualmente utilizados em larga escala
nesses e em outros setores econômicos fundamentam-se na capacidade de algumas
substâncias, denominadas agentes refrigerantes, absorverem grande quantidade de calor
quando passam do estado líquido para o gasoso(figura 01).
1.1.1-Fluidos refrigerantes
Fluido refrigerante é o fluido que absorve calor de uma substância do ambiente a
ser resfriado.
Não há um fluido refrigerante que reúna todas as propriedades desejáveis, de
modo que, um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de
instalação frigorífica nem sempre é recomendado para ser utilizado em outra.
O bom refrigerante é aquele que reúne o maior número possível de boas
qualidades, relativamente a um determinado fim.
As principais propriedades de um bom refrigerante são:
Produzir o máximo possível de refrigeração para um dado volume de vapor;
Condensar-se a pressões moderadas;
Apresentar temperatura crítica bem acima da temperatura de condensação;
Evaporar-se a pressões acima da atmosférica;
Ter pequeno volume específico (menor trabalho do compressor para sua
compressão à pressão de condensação);
Ter elevado calor latente de vaporização;
Não ser corrosivo;
Não ser tóxico;
Deve permitir fácil localização de vazamentos;
Ter miscibilidade com óleo lubrificante e não deve atacá-lo ou ter qualquer
efeito indesejável sobre os outros materiais da unidade;
Em caso de vazamentos, não deve atacar ou deteriorar os alimentos,
Não deve contribuir para o aquecimento global e atacar a camada de ozônio.
Ser estável, sem tendência a se decompor nas condições de funcionamento;
Não ser combustível ou explosivo nas condições normais de funcionamento;
Ter um odor que revele a sua presença;
Ter um custo razoável;
Existir em abundância para seu emprego comercial.
12
1.1.2-Classificação dos Fluidos Refrigerantes
Os refrigerantes podem ser classificados quanto a sua utilização nos sistemas de
refrigeração.
Refrigerantes primários
São fluidos usados em sistemas de refrigeração como fluidos principais, que
refrigeram o ambiente diretamente, ou outro fluido para esse fim.
Refrigerantes secundários
São líquidos usados para transportar energia térmica a baixa temperatura de um
local para outro, conhecidos como anti-congelantes e salmouras.
Os sistemas de absorção utilizam duas substâncias que formam a combinação de
refrigerantes.
1.1.3-Principais tipos e características de fluidos refrigerantes
- CFC - São moléculas formadas pelos elementos cloro, flúor e carbono. (Exemplos: R-
11, R-12, R-502, etc.).
Utilização: ar condicionado automotivo, refrigeração comercial, refrigeração doméstica
(refrigeradores e freezers) etc.
Os CFC’s destroem a camada de ozônio. A camada de ozônio sendo danificada
permite que raios ultravioletas (UV) do sol alcancem à superfície da Terra. As indústrias
químicas nacionais cessaram a produção de CFC’s e a importação destas substâncias
virgens está controlada.
- HCFC - Alguns átomos de cloro são substituídos por hidrogênio (Exemplos: R-22, R-
141), etc.
Utilização: ar condicionado de janela, split, câmaras frigoríficas, etc.
- HFC - Todos os átomos de cloro são substituídos por hidrogênio (Ex: R-134a, R-
404A, R-407C, etc.).
Utilização: ar condicionado automotivo, refrigeração comercial, refrigeração doméstica
(refrigeradores e freezers), etc.
O R-134a (Tetrafluoretano) tem propriedades físicas e termodinâmicas similares
ao R-12. Pertence ao grupo dos HFC’s Fluorcarbonos parcialmente halogenados, com
potencial de destruição do ozônio (ODP) igual a zero, devido ao menor tempo de vida
na atmosfera, apresenta uma redução no potencial de efeito estufa de 90% comparado
ao R-12. Além disso, é não inflamável, não tóxico, possui alta estabilidade térmica e
química, tem compatibilidade com os materiais utilizados e tem propriedades físicas e
termodinâmicas adequadas.
O R-134a é compatível com todos os metais e ligas normalmente utilizados nos
equipamentos de refrigeração. Deve-se evitar o uso de zinco, magnésio, chumbo e ligas
de alumínio com mais de 2% de magnésio em massa.
Testes de armazenamento com refrigerante úmido apresentaram boa estabilidade
à hidrólise e nenhum ataque corrosivo em metais como aço inoxidável, cobre, latão e
alumínio.
13
O R-134a é isento de cloro e, por isso, apresenta boa compatibilidade com
elastômeros.
Na refrigeração a palavra Retrofit (abreviatura da expressão inglesa “retroactive
refit” que significa “readaptação posterior”) vem sendo empregada para designar as
adaptações que são realizadas em equipamentos que trabalham com CFC’s para que
esses possam trabalhar com os fluidos alternativos, tornando-os eficientes, modernos e
econômicos.
A linha de fluidos alternativos, também chamada de “blends”, é uma boa
alternativa para a conversão de equipamentos que estão em operação no campo, pois
exigem mínimas alterações no sistema original e na maioria dos casos não é necessária a
substituição do compressor.
A tabela 01 mostra uma serie de refrigerantes que foram e são utilizados em
sistemas de refrigeração dentre outras aplicações, bem como algumas de suas
características.
Tabela 01 – Exemplo de Refrigerantes e algumas caracteristicas
1.1.4-Fluidos alternativos
São utilizados nos equipamentos de refrigeração não havendo necessidade de
troca de componentes (dispositivo de expansão, compressor, etc.)
14
São compatíveis com óleo mineral, óleo alquilbenzeno e com os materiais
existentes.
Obs: somente na aplicação do R-407C, deve ser trocado o óleo mineral por óleo
Poliolester;
A carga de fluido refrigerante do equipamento com fluido alternativo é 80% da
carga de fluido original.
Obs.: A carga do fluido refrigerante deve ser feita somente na forma líquida.
Tabela 02 - Compatibilidade de alguns fluidos com óleos lubrificantes
Durante os últimos anos, vários refrigerantes alternativos foram avaliados e o
R134a, por apresentar propriedades físicas e termodinâmicas relativamente semelhantes
às do R12 e por não conter Cloro, tem sido considerado o substituto do R12 nas suas
aplicações.(vide tabela 02 )
Mais recentemente, outro fator ambiental, não menos importante que a
destruição da camada de ozônio, tem sido considerado: o potencial de
aquecimentoglobal, mais conhecido como efeito estufa.
1.1.4.1-Hidrocarbonetos
Dentre os refrigerantes alternativos que atendem ambas as características
ambientais, estão os hidrocarbonos (HCs). Estes refrigerantes (tabela 03)não tinham até
então sido considerados uma alternativa à substituição do R12, pois são inflamáveis.
Tabela 03 – Refrigerante hidrocarbonos
Os refrigerantes hidrocarbonos por não apresentarem halogênios (cloro, flúor),
na sua estrutura molecular por isso são menos agressivos ao meio ambiente, como
mostra a tabela 04.
Tabela 04 - Impacto ambiental dos refrigerantes hidrocarbonos (R290, R600)
15
Os refrigerantes propano e butano exercem efeito desprezível (GWP < 5) sobre o
aquecimento da Terra, ao contrário do R12 e R134a. Outro fator ambiental favorável
aos refrigerantes propano e butano é seu menor tempo de vida na atmosfera.
Principais impactos de cada refrigerante hidrocarbono sobre o compressor e o
dispositivo de expansão dos sistemas de refrigeração, baseados na análise teórica do
ciclo ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning
Engineers), são resumidos na tabela 05.
Tabela 05 - Impactos de cada refrigerante hidrocarbono sobre o compressor e o
dispositivo de expansão dos sistemas de refrigeração
1.1.4.2-Inorgânicos
Muitos dos primeiros refrigerantes eram compostos inorgânicos e alguns
mantiveram sua proeminência até o presente. (ver tabela 06)
Tabela 06 - compostos inorgânicos
DuPont do Brasil S.A.
1.1.4.3-Alguns fluidos alternativos substitutos
16
R-12: R-401A, R-401B, R-409A e R-413A
R-409A - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-22, R- 142b e R-124, tem
propriedades similares ao R-12 e podem ser utilizados com óleo lubrificante mineral,
poliolester e aquilbenzeno.
R-413A - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-218, R-134a e R-600a, é
compatível com óleo lubrificante mineral, poliolester e aquilbenzeno, tem performance
similar ao R-12.
R-502: R-402A, R-402B, R-408A e R-403A
R-408A - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-22, R-134a e R-125,
possui performance similar ao R-502 e é compatível com óleo lubrificante mineral,
poliolester e aquilbenzeno.
R-22: R-407C, R-410A e R-417A
R-407C - Mistura de fluidos refrigerantes tais como R-134a, R-32 e R-125,
possui propriedades e desempenho similares ao R-22, porém é necessária a mudança do
óleo lubrificante.
R-410A - Mistura de fluidos refrigerantes de alta pressão tais como R-32 e R-
125, possui melhor capacidade de resfriamento, porém requer uma reavaliação do
projeto do sistema.(tabela 07)
Tabela 07 - Algumas misturas de fluidos refrigerantes aprovadas para uso com
os compressores Embraco:
1.1.5-Classificação dos Refrigerantes quanto ao nível de Toxicidade e
Inflamabilidade segundo a ASHRAE 34-92
1.1.5.1-Toxicidade
Classe A - Compostos cuja toxicidade não foi identificada
Classe B - Foram identificadas evidências de toxicidade
1.1.5.2-Inflamabilidade
17
Classe 1 – Não se observa propagação de chama em ar a 18oC e 101,325 kPa
Classe 2 – Limite inferior de inflamabilidade (LII) superior a 0,10kg/m3 a 21C e
101,325kPa, Poder calorífico inferior a 19.000 kJ/kg
Classe 3 – Inflamabilidade elevada, caracterizando-se por LII inferior ou igual a
0,10 kg/m³ a 21C e 101,325 kPa, Poder calorífico superior a 19.000 kJ/kg.
Tabela 08 – Classificação dos refrigerantes, segundo os padrões de segurança da
norma ASHRAE 34-92
1.1.6-Nomenclatura dos refrigerantes segundo a ASHRAE
Segundo a norma internacional (ANSI/ASRAE 34-1989 – Number Designation
and Safety Classification or Refrigerantes), a nomenclatura se dá da seguinte forma.
Segundo a ASHRAE os refrigerantes são classificados por 3 algarismos:
1. Número de átomos de Carbono menos 1 (omitir o zero);
2. Número de átomos de Hidrogênio mais 1;
3. Número de átomos de Flúor.
Ex:
o Diclorodifluormetano (CCl2F2) = R-12;
o Monoclorodifluormetano (CHClF2) = R-22;
o Tetrafluoretano (C2H2F4) = R-134a.
Para um Hidrocarbono usa-se a mesma regra com o zero no final.
Ex:
o Propano (CH3CH2CH3) = R-290;
o Etano (CH3CH3) = R-170;
o Metano (CH4) = R-50.
Para os compostos inorgânicos a nomenclatura começa com o número 7 seguido do seu
peso molecular.
Ex:
o Amônia (NH3) = R-717;
o Água (H2O) = R-718;
o Dióxido de carbono (CO2) = R-744.
18
2-Componentes de um sistema de refrigeração
São muitos os tipos de sistemas de refrigeração mecânica. Eles têm uma grande
variedade de formas, tamanhos, arranjos dos componentes e usos. No entanto, o
princípio da refrigeração mecânica e os componentes essenciais são os mesmos onde se
volta aos elementos básicos de um sistema de troca de calor, podemos aprender a
refrigeração estudando o que todos eles têm em comum, o ciclo de refrigeração.
Depois do conhecer bem o ciclo de refrigeração, tornar-se mais fácil olhar para
detalhes que diferenciam um sistema de outro.
O ciclo de refrigeração mais simples é o de compressão de vapor (figura 02),
onde, em circuito fechado, o gás refrigerante, transformando-se sucessivamente em
líquido e vapor, possa absorver calor a baixa temperatura e pressão pela sua evaporação
e rejeitar calor a alta temperatura e pressão pela condensação.
Na prática, isso é conseguido a partir de quatro elementos fundamentais:
1.Compressor, que aspira e comprime o vapor refrigerante;
2.Condensador, onde o vapor refrigerante é condensado, passando ao estado
líquido;
3. Tubo Capilar ou a Válvula de Expansão, que abaixa a pressão do sistema por
meio de uma expansão teoricamente isoentálpica e controla o fluxo de refrigerante
que chega ao evaporador e
4. Evaporador, onde o calor latente de vaporização é absorvido e enviado ao
compressor, iniciando-se um novo ciclo.
Figura 02 - Esquema Simplificado do Ciclo de Refrigeração por compressão de vapor
Através de um ciclo de refrigeração é possível se constituir sistemas de
refrigeração de forma simples ou bem mais complexa, atribuindo a eles elementos para
melhorar sua eficiência frigorífica com um determinado fluido refrigerante, e
aumentando seu controle e conseguintemente a segurança de operação desses sistemas
através de componentes e equipamentos para esse fim.
19
Esses sistemas de refrigeração (figura 03) de maior eficiência e controle são
utilizados principalmente em escala indústrias, onde se agregam elementos ao sistema
de acordo com a cada necessidade.
Figura 03 - Sistema simples de refrigeração de aplicação industrial
A figura 03 representa um sistema de refrigeração básico, com seus
componentes essenciais de funcionamento e alguns elementos de controle e
componentes adicionais para melhoria de sua eficiência.
2.1-Compressor
O compressor atua como o coração do sistema de refrigeração, criando o fluxo
do refrigerante ao longo dos componentes do sistema. No processo, recebe vapor
refrigerante em baixas temperatura e pressão, e eleva o vapor até uma pressão e
temperatura maior. Junto com o tubo capilar (ou outro dispositivo de expansão), o
resultado é que no evaporador a pressão e temperatura do refrigerante são reduzidas,
permitindo assim que ele absorva calor.
Existem cinco tipos de compressores, cujos nomes vêm da ação de suas partes
mecânicas:
Tabela 09 – Características principais dos principais tipos de compressores
20
2.1.1-Imagens e esquema de compressores
2.1.1.1-Compressor de parafuso rotativo
A gama de parafuso rotativo (figura 04) (figura 05) CompAir tem potências
entre 4 kW e 250 kW (5cv a 535cv), produzindo pressões operacionais entre 5 e 13 bar
(72 a 188 psi).
Figura 04 - Compressor de parafuso rotativo
Figura 05 - Semi-hermético parafuso com separador de óleo externo, 240 HP
(Fabricante: RefComp)
2.1.1.2-Compressores de pistões
A gama de compressores de pistões CompAir tem potências entre 0,75 kW e 420
kW (1cv a 563cv), produzindo pressões operacionais entre 1,5 e 414 bar (21 a 6004
psi). Os esquemas de pistões podem ser representados pelos desenhos abaixo figura 06.
Figura 06 - Pistões rotativos
21
2.1.1.3-Compressor alternativo
Figura 07 - Princípio de funcionamento de um compressor alternativo
Figura 08 - Semi-hermético do tipo alternativo SRC-M (8 Cilindros), 160HP
(Fabricante: RefComp)
Figura 09 - SMC 106 L (6 cilindros) (Fabricante: SABROE)
2.1.1.4-Compressor Scroll
Figura 10 - Compressor Scroll em corte
22
Figura 11 - Processo de compressão em um compressor Scroll
Figura 12 - Compressor Scroll 48.000 Btu/h (Fabricante: SANYO)
2.1.1.5-Compressor centrifugo
Figura 13: Exemplo de um compressor centrifugo
23
Figura 14 – Compressor tipo centrifugo (80 bar e 20.000 HP) (Fabricante: FSELLIOT)
2.1.2-Óleos de lubrificação
A função dos óleos lubrificantes em compressores é diminuir o atrito, evitando o
desgaste prematuro das peças e um aquecimento excessivo desde a ausência de
substâncias contaminantes a lubrificação permanecerá, e se a temperatura de operação e
pressão estiverem corretas.
É o óleo se mistura ao gás refrigerante, circulando pelos componentes do ciclo
de refrigeração. O sistema deve permitir o retorno da mesma quantidade de óleo para o
compressor da que está saindo
Os óleos lubrificantes para refrigeração e suas características:
Viscosidade: diminuir com a elevação da temperatura. O óleo deve ter uma
característica que permite a ele, quando submetido a altas temperaturas, que não afine
demais sem formar uma camada protetora. Já quando submetido a baixas temperaturas,
ele não deve ficar pastoso;
Miscibilidade: a viscosidade do lubrificante diminui a medida em que aumenta sua
solubilidade com o gás refrigerante. A completa miscibidade permite ao lubrificante
fluir através do sistema junto ao gás, garantindo bom retorno ao compressor.
Resíduo de carbono: Ao se especificar um óleo deve-se ter em conta as temperaturas
normais de trabalho do compressor para evitar a carbonização do óleo, principalmente
na placa de válvulas. Do contrário, os resíduos de carbono favorecerão a formação de
borra que pode provocar obstrução no sistema além da deficiência na lubrificação
ocasionada pela decomposição.
Floculação: a cera contida nos lubrificantes possui á tendência a precipitar-se quando
submetida a baixas temperaturas (floculação). Os flocos de cera podem depositar-se no
elemento de controle de fluxo, obstruindo a passagem do refrigerante, ou depositar-se
no evaporador, diminuindo a transferência de calor. Portanto, os lubrificantes não
devem apresentar floculaçâo em temperaturas encontradas normalmente no sistema de
refrigeração.
Umidade: o óleo para refrigeração deve possuir teor de umidade inferior ou igual ao
especificado pelo fabricante, a fim de evitar formação de sedimentos, ácidos ou mesmo
congelamento da umidade no interior do sistema.
Nota: Estas características e outras (ponto de fluidez, resistência dielétrica, ponto de fulgor,
ponto de combustão, cor, resistência à oxidação, separação de fase) podem ser checadas em
testes específicos de laboratório.
24
2.2-Condensador Condensador são os elementos do sistema de refrigeração que têm a função de
transformar o gás quente, que é descarregado do compressor a alta pressão, em líquido.
Para isso, se rejeita o calor contido no fluido refrigerante para alguma fonte de
resfriamento.
O condensador (figura 15) é o componente do ciclo de refrigeração responsável
por transferir o calor do sistema para o ar ou água ou para uma combinação dos dois,
conhecido como condensador evaporativo. O calor é absorvido pelo evaporador e
deslocado até o condensador pelo compressor.
São identificados de acordo com o fluido para o qual transferem calor.
Figura 15 - imagem de um condensador
2.2.1-Condensador resfriado a ar Condensadores a ar (figura 16) transferem o calor absorvido diretamente para o
ar externo. Numa condição normal de projeto e funcionamento (carga máxima do
sistema), o refrigerante está aproximadamente de 14 a 16C mais quente do que o ar
externo.
Figura 16: condensadores resfriados a ar
Para equipamentos comerciais, torna-se necessário aumentar a circulação de ar
através do condensador, devido a maior freqüência de abertura de portas: isso é
conseguido através de um motor forçando ar contra o aletado.
Comparado com um condensador a água, esse sistema requer uma diferença
maior de temperatura entre o refrigerante e o ar externo. Essa característica os torna
menos eficientes em termos energéticos, seu projeto simples permite baixos custos de
instalação e manutenção.
Por essa razão é que a grande maioria dos equipamentos residenciais de até 5TR
(60.000 BTU) e comerciais de até 50 TR (600.000 BTU) utilizam condensadores a ar.
Nota :
TR Tonelada de Refrigeração, uma medida de potência de refrigeração. 1 TR é potência
que fornece a quantidade de calor necessária para derreter uma tonelada de gelo em 24
horas. Conversões:1 TR = 12.000 BTU/h = 3.024 kcal/h = 3.516,8 W
Btu - British thermal unit - O Btu (1Btu/h ≈ 0,293 W) – 1.055,05585J
25
2.2.2-Condensador resfriado a água
Os sistemas resfriados a água (figura 17) fazem isso em 3 estágios para transferir
o calor:
O calor é transferido do refrigerante, no condensado, para a água que circula no mesmo;
A água é transferida de dentro do condensador para fora, através de uma tubulação e
uma bomba, que a leva para a torre de resfriamento;
Por fim, a torre de resfriamento rejeita o calor da água para o ar externo.
Embora esse sistema de condensação seja mais complicado e mais caro, além de
exigir uma manutenção maior do que os sistemas resfriados por ar, ele também é mais
eficiente em termos energéticos.
A temperatura do refrigerante no condensador fica aproximadamente 8C a menos do
que nos sistemas resfriados por ar, fazendo com que o compressor trabalhe com uma
pressão menor e, portanto, com um consumo de energia menor.
Em condições normais de projeto a temperatura do refrigerante no condensador é de
aproximadamente 40,5C. A temperatura de entrada de água no condensador é de
aproximadamente 11C a menos (29,5C) e sobe aproximadamente até 5,5C a medida que
absorve calor do refrigerante.
Figura 17 - Condensador resfriados a água
Existem três tipos básicos de condensadores resfriados a água:
Tubo em tubo: Chamado às vezes de condensador de tubo duplo ou coaxial: um tubo é
colocado dentro de outro tubo maior e os lados desse tubo maior são fechados (figura
18). A água circula num dos tubos, enquanto o refrigerante circula noutro. Esse
condensador tem um layout flexível.
São utilizados em equipamentos com capacidade de 5 até 20 TRs.
Figura 18 -Condensador tubo em tubo (tubo duplo)
26
Carcaça e serpentina: Contam com uma carcaça externa contendo uma serpentina
contínua feita de tubos de água aletados (figura 19). A água circula nos tubos da
serpentina enquanto o refrigerante passa na parte externa da mesma. A superfície
externa dos tubos da serpentina e suas aletas estão em contato com o refrigerante.
São utilizados em equipamentos com capacidade de 20 a 60TR. Costumam ser
encontrados combinados com um compressor, fiação e tubulação e devem ser limpos com
produtos químicos pois não podem ser desmontados.
Figura 19 - Carcaça e serpentina
Carcaça e tubos: Versão de maior capacidade dos condensadores resfriados por água,
com capacidade variando de 10 a 100.000 TR. Operam com o mesmo princípio dos
condensadores carcaça e serpentina, com água circulando dentro de tubos e o
refrigerante fluindo fora dos tubos.
Em ambos os tipos a água está dentro do tubo condensador enquanto o
refrigerante está no lado da carcaça (figura 20). A água passa várias vezes através do
condensador, tantas vezes quanto o projeto dele permitir. As extremidades desse
condensador são cabeçotes de água, chamados coletores, que direcionam a água para
recircular.
Figura 20 - Carcaça e tubo
2.2.3-Condensador evaporativo
Igual aos condensadores resfriados por água, os evaporativos (figura 21)
transferem primeiro o calor até a água e, a seguir, da água para o ar externo.
A água do condensador evapora diretamente sobre os tubos do condensador.
Cada libra de água evaporada remove aproximadamente 1.000 BTUs do refrigerante
que flui nos tubos.
O ar de descarga do condensador, que contém o vapor de água, é rejeitado para
fora e ar novo é aspirado para substituí-lo. Podem ser instalados externamente para
permitir o acesso direto do ar externo o internamente, desde que o ar externo e o ar de
descarga sejam dutados até ele.
27
Figura 21 - Condensador evaporativo
São os menos populares dos três tipos de sistemas de refrigeração. Sua
capacidade vai de aproximadamente 10 a 1.000TRs.
Figura 22 - Esquema do condensador evaporativo
A figura 22 apresenta um esquema de um condensador evaporativo, onde são citados
seus componentes, e acessórios.
2.2.4-Transferência inadequada de calor pelo condensador
O que se deve a transferência inadequada de calor pelo condensador,
compressores e evaporadores estão interligados, dependendo um do outro para uma
correta operação. Se um funciona incorretamente, todo o sistema sente o reflexo.
Quando o condensador transfere uma quantidade de ar menor do que a necessária
normalmente existe cinco causas:
28
Seleção incorreta do condensador que está mal dimensionado;
Redução do fluxo de ar, para os modelos resfriados a ar;
Redução do fluxo de água, para os modelos resfriados a ar;
Redução do fluxo de água e/ou ar para os modelos evaporativos;
Serpentina suja para qualquer modelo de condensador.
2.2.5-Controle de capacidade do condensador
Com a queda da temperatura externa ocorre também uma queda da pressão num
sistema resfriado por ar. Da mesma forma a temperatura da água do condensador é
diminuída, diminuindo por conseqüência a pressão do refrigerante, em sistemas resfriados a
água.
Embora essa redução de pressão seja benéfica para a eficiência energética do
sistema, há um limite que a pressão de descarga pode cair antes do dispositivo de expansão
parar de funcionar corretamente, podendo ocasionar até o temível "golpe de líquido", que
danifica o compressor.
Para controlar um condensador evaporativo podem ser utilizadas várias
maneiras: fechar os pulverizadores de água, o que o transforma em um condensador
resfriado a ar, ciclar o motor ventilador ou modular sua velocidade. Pode-se também utilizar
dampers na descarga da unidade e modulá-los para produzir a vazão de ar desejada.
Nota:
Problemas não solucionados no condensador quase sempre resultarão numa falha no
compressor.
Nota:
Golpe de liquido (fenômeno que ocorre quando o refrigerante retorna ao compressor
sem que tenha vaporizado totalmente. Em sistemas de refrigeração, eventual retorno de
refrigerante líquido é aceito, desde que o sistema tenha um acumulador de sucção
(separador de líquido).
Nota:
DAMPERS (Possibilita um perfeito balanceamento do sistema instalado, sendo
utilizado para controle de:fluxo de ar em entradas de ar externo, vazão do ar de retorno,
vazão do ar em dutos e ramais de insuflação. Possui palhetas com formato aerodinâmico
que reduzem a resistência ao ar que passa através do damper).
2.3-Evaporador
Evaporador é a parte do sistema de refrigeração onde o fluido refrigerante sofre
uma mudança de estado, saindo da fase líquida para a fase gasosa. Embora o evaporador
seja às vezes um dispositivo muito simples, ele é realmente a parte mais importante do
sistema. Qualquer sistema de refrigeração é projetado, instalado e operado com o único
fim de retirar calor de algum meio.
2.3.1-O Processo de Evaporação
O evaporador é um trocador de calor que absorve o calor para o sistema de
refrigeração. Ele recebe líquido refrigerante frio, de baixa pressão vindo do dispositivo
29
de expansão e através da absorção do calor de alguma substância, vaporiza-o em seu
interior. Descrito na ( figura 23)
Essa substância pode ser o ar, água, outro fluído ou até mesmo um sólido.
Figura 23 – Funcionamento Evaporador
2.3.2-Evaporadores de expansão seca (expansão direta ou expansão D-X)
Os evaporadores D-X são utilizados na maioria dos sistemas de refrigeração com
menos de 100 TRs e em certos equipamentos de refrigeração industriais.
Num evaporador D-X o fluxo de refrigerante é controlado de maneira tal que o
refrigerante é essencialmente líquido ao entrar no evaporador, porém sai dele na forma
gasosa.
Figura 24 – Comparação do sistema de expansão direta com o indireto
A figura 24 apresenta uma comparação entre um sistema direto (a), e um
indireto (D-X) de refrigeração.
Não existe um ponto claramente definido de separação entre os estados líquido e
gasoso do refrigerante num evaporador D-X. Ele entra líquido, mas com um pequena
quantidade de gás (“flash gás”), e gradativamente a medida que vai percorrendo o
evaporador vaporiza-se até estar totalmente gasoso na saída do evaporador.
Nota:
FLASH GÁS (gás resultante da evaporação instantânea de refrigerante em uma pressão
de redução de dispositivo para resfriar o refrigerante para obter a temperatura de
evaporação à pressão reduzida).
30
2.3.3-Evaporadores inundados
São utilizados em sistemas voltados para conforto, acima de 100TRs.
Num evaporador inundado (figura 25), o refrigerante é basicamente líquido
(inundado) desde o início do evaporador até a sua saída.
Ocorre a recirculação do refrigerante dentro do evaporador devido a adição de
uma câmara de separação. O refrigerante líquido entra nessa câmara através do
dispositivo de expansão e devido à gravidade se concentra na parte de baixo.
Figura 25- Evaporador inundado
Figura 26 – Esquema de circuito com evaporador inundado
A totalidade do evaporador está em contato com o refrigerante gerando uma
excelente transferência de calor. A contrapartida é que os evaporadores inundados são
maiores e requerem uma carga muito maior de refrigerante. O vapor gerado é separado
do líquido na câmara de separação e este último é recirculado novamente no
evaporador, enquanto o vapor é "puxado" pela sucção do compressor.
O evaporador inundado regula o fluxo de refrigerante através de uma válvula
bóia ou dispositivo semelhante (vide figura 26).
2.3.4-Evaporadores de expansão seca
O evaporador “seco” (figura 27 e figura 28), título que não esclarece bem o
sistema, possui um dispositivo de controle do refrigerante que admite apenas a
quantidade de líquido suficiente para que ele seja totalmente evaporado até atingir a
saída da serpentina. Todo refrigerante sai da serpentina em estado seco, como vapor
seco.
31
Figura 27 – Evaporador Seco de Superfície Primária
Figura 28 – Esquema de circuito com expansão seca
A figura 28 apresenta um esquema de circuito com evaporador de expansão seca
Segundo a superfície de troca de calor, os evaporadores são classificados em
evaporadores de “superfície primária” e de “superfície estendida”.
Os evaporadores de superfície primária são feitos apenas de canos ou tubos lisos.
Evaporadores de superfície estendida também são feitos de canos ou tubos lisos
mas possuem extensões da superfície feitas de chapas ou placas metálicas ou
ondulações fundidas ou usinadas na superfície da tubulação (aletas).
Figura 29 – Esquema de um Evaporador de Superfície Estendida
Existem três categorias básicas de classificação dos evaporadores conforme são
construídos: tubo liso, tubos e aletas e superfície de placa.
2.3.5-Evaporador tubo liso
Nada mais são do que simples tubos de cobre com uma forma que melhor atenda
a necessidade. São comumente chamados de serpentinas de superfície primária (figura
30), porque sua superfície primária, o tubo, é a única utilizada para transferir o calor.
32
Figura 30 – Evaporador tubo liso
Eles funcionam bem tanto em evaporadores D-X ou inundados. São utilizados
na maioria das vezes para trabalhos onde a temperatura é mantida abaixo de 1C.
Freqüentemente são submersos em tanques de resfriamento ou congelamento de
líquidos.
Foram desenvolvidos vários métodos para melhorar a eficiência de evaporadores
de tubo liso, aumentando a área do mesmo que entra em contato com o refrigerante.
Inserir aletas internas ou externas ao tubo de cobre é um desses métodos. Outra forma é
fazer um aletamento em espiral semelhante a uma rosca de parafuso, na parte externa do
tubo.
São conhecidos como tubos aletados. A maioria dos evaporadores com tubo liso
em uso hoje em dia tem projeto com tubos aletados.
2.3.6-Evaporador tipo tubo e aletas
Esse é um tipo de evaporador tipo tubo que tem placas finas de metal fixadas
entre os seus tubos. As aletas melhoram a eficiência da transferência de calor, devido a
aumentarem a área global de troca de calor (figura 31).
Figura 31 - Evaporador tipo tubo e aletas
Devido a essa maior área, esses evaporadores podem ser mais compactos que os
de tubo liso sem prejudicar a capacidade de absorção de calor.
O material utilizado nas aletas deve ser um bom condutor de calor tal como o
alumínio ou o cobre e deve estar fixado firmemente nos tubos do evaporador. Podem
haver entre 1 a 14 aletas por polegada. Quanto menor for à temperatura do evaporador,
mais espaçadas estarão as aletas.
Isso é necessário porque o gelo bloqueia com facilidade a circulação do ar no
evaporador quando elas estão muito próximas umas das outras. Os evaporadores de ar
natural (convecção) utilizam um espaço maior entre as aletas do que um de ar forçado.
2.3.7-Evaporador de superfície de placas
Costuma ter formas diversas e também são conhecidos como evaporadores de
33
superfície plana. Consiste em duas folhas de metal, planas, uma com forma de tubos
prensoldados nela enquanto a segunda é plana. Ambas são soldadas juntas para formar
um circuito no qual circula o refrigerante.
A placa adiciona uma área de transferência de calor ao evaporador, mas não de
forma tão eficiente quanto às aletas.
Sua fabricação é econômica, fácil de limpar e degelar. Por isso é muito utilizado
em refrigeradores, através do contato direto com o produto. A superfície da placa é
muitas vezes utilizada com uma estante de alimentos (figura 32).
Figura 32 – Evaporadores de Placas Conformadas
2.4-Pressostato
A variação de pressão, quando passa de certos limites, pode danificar alguns
componentes. Para evitar que isso ocorra são utilizados pressostatos (figura 33).
A função básica deles é proteger os componentes do ciclo de refrigeração contra
a sobre pressão (pressão mais alta do que a aceitável) ou subpressão (mais baixa do que
a aceitável) durante o funcionamento do equipamento.
Figura 33 - Imagem de um pressostato
Eles avaliam a pressão do lado de alta e do lado de baixa e em compressores
semi-herméticos, também a pressão do óleo. A variação do nível de pressão do fluído
refrigerante no ciclo fazem atuar os contatos elétricos do pressostato que podem
controlar ventiladores, alarmes e até mesmo o compressor.
2.5-Termostato
É um componente cuja função é a de controlar a temperatura ambiente (interna
ou externa) mantendo-a o mais estável possível. Ele atua parando ou colocando em
funcionamento o compressor, automaticamente (figura 34).
Normalmente é constituído de um bulbo, um capilar e contatos elétricos.
Existem modelos mais sofisticados que mudam a resistência elétrica conforme a
34
temperatura aumenta ou diminui, enviando um sinal para a placa eletrônica que controla
o aparelho colocar o compressor em funcionamento.
Figura 34 - Vista externa de um termostato
Seu funcionamento baseia-se no princípio da dilatação dos corpos. O termostato
contém em seu capilar um gás que pode ser dióxido sulfúrico, cloreto de metila, gás
utilizado no sistema ou outro similar.
A dilatação ou contração das moléculas do gás transmite este movimento a um
fole acoplado a uma peça móvel que atua fechando ou abrindo os contatos e, dessa
forma, ligando ou desligando o compressor.
2.6-Chave seletora
É o componente cuja função é a de selecionar o contato entre os diversos
componentes elétricos (figura 35). O defeito mais comum que apresentam em seus
contatos ficarem permanentemente abertos ou fechados (colados). Apesar de haverem
diversos tipos de chaves seletoras, as características de funcionamento são iguais em
todas.
Figura 35 - Chave seletora
2.7-Protetor térmico (ou de sobrecarga)
Os sistemas de refrigeração são equipados com dispositivos térmicos de
segurança que o protegem contra um excesso de corrente. É ligado em série com o
circuito que alimenta o compressor.
Figura 36: exemplo de um protetor térmico
35
Figura 37 - Imagem interna de um protetor de sobrecarga
Constituídos Internamente por dois tipos de metais com coeficientes de dilatação
térmica diferentes. Um aquecimento sofrido por um excesso de corrente causara uma
dilatação maior em um dos metais, abrindo o circuito.
2.8-Filtro secador
Filtros secadores têm como função reter a umidade e partículas sólidas que
poderiam causar obstrução ou danos às partes mecânicas do compressor (figura 38).
São construídos em cobre ou ferro. Internamente possui uma tela grossa na
entrada e uma tela fina na saída, entre as telas são colocados dessecantes que podem ser
molecular Sieves ou Silicagel que absorvem umidade em um sistema de refrigeração.
O filtro secador é composto por partículas dessecantes e deve ser escolhido de
acordo com sua aplicação, levando em conta fluido refrigerante, pressões de trabalho e
fluxo de massa (figura 39).
Os filtros dimensionados para trabalhar com R600 são frágeis demais para serem
usados em R134a, devido à diferença de pressão de trabalho que existe entre esses dois
refrigerantes. Por isso, podem causar o entupimento da telinha do filtro secador e
obstrução total ou parcial do capilar pelas próprias partículas do filtro.
Isso se deve à obstrução de parte do filtro secador, causada pelo excesso de
impurezas no sistema ou por ter sido escolhido um componente com pequena área de
filtragem. Com a restrição de fluxo, diminui a quantidade de fluido refrigerante que
passa pelo sistema, reduzindo assim a capacidade de refrigeração do sistema.
Outra possível causa desse problema é a elevada umidade no sistema. Misturada
ao óleo éster, a umidade forma um ácido corrosivo, prejudicial aos dessecantes e aos
componentes do sistema.
Deve ser instalado na posição vertical com a saída para baixo. Quando esta
posição não for possível, pode-se montá-lo na horizontal, porém jamais deve ser
montado na vertical com a saída para cima.
Figura 38 – Filtro secador comercial
36
Figura 39 – Ilustração de um filtro secador
Sieves
Um utensílio de malha de arame ou metal perfurado, usada para esticar e peneiração.
Silica gel :
Sílica amorfa que se assemelha a areia branca e é utilizado como um agente de
secagem e desumidificação, como um catalisador e transportadora catalisador, como um
antiaglomerante em cosméticos e em cromatografia.
2.9-Dutos
Um sistema de distribuição de ar tem como função levar o ar desde o
equipamento de ar condicionado para o espaço condicionado e retomá-lo novamente ao
equipamento.
O melhor sistema é o resultante de um projeto simples de ventilador, duto e
grelhas que consiste em um ventilador com sua saída conectada a um trecho de duto e
uma grelha localizada na extremidade de saída deste último (figura 40).
O duto deve possuir o mínimo de curvas e mudanças de seção e seu retomo neste
sistema deverá ser reto, desde a saída ou grelha de retomo, até a entrada do ventilador.
Um projeto simples toma-se mais complexo e sem os devidos cuidados, menos
eficiente, quando cotovelos, curvas, reduções de seção e outras restrições tais como
registros, venezianas, e outros elementos são adicionados.
Cada um dos componentes constitui uma nova resistência adicionada ao sistema.
A resistência total destes componentes ao fluxo do ar, além da resistência devida à
fricção do ar sobre a superfície interna dos dutos, são os fatores mais importantes na
determinação do tamanho e potência do ventilador e respectivo motor elétrico, como
também da pressão necessária do ar.
Figura 40 - Dutos de ar de chapas de aço galvanizado, (alumínio ou lã de vidro)
2.9.1-Perdas devido à fricção nos dutos
Quando o ar flui através de um duto verifica-se uma perda de pressão devido à
fricção do ar contra as paredes do mesmo. Esta perda devido à fricção ou perda de carga
37
aumenta ao aumentar o fluxo de ar. As perdas de pressão existentes em todos os
sistemas de condução de ar aumentam quando há existência das seguintes condições:
Altas velocidades do ar;
Pequenos diâmetros de duto;
Elevado fluxo de ar;
Comprimentos longos de dutos;
Mudanças na direção do fluxo de ar;
Contrações ou expansões súbitas da corrente de ar.
Os conceitos acima são importantes para a correta dimensão dos dutos.
Figura 41 - Dutos em aluminio ou aço galvanizado, com isolantes
A figura 41 são dutos de um sistema de refrigeração com amônia e dióxido de carbono
2.10-Válvulas utilizadas em refrigeração
Apenas citamos alguns tipos de válvulas devido algumas serem utilizadas em
sistemas de refrigeração de grande complexidade e outras em sistema de uma maior
simplicidade, seu projeto vai depender tanto do porte quanto de sua sofisticação. Onde
se leva em conta suas normas e padrões legais dependendo do sistema utilizado.
2.10.1-Válvula Reguladora de Pressão
Válvulas para diversas aplicações como controle de pressão de evaporação,
sucção, gelo gás quente entre outras. Disponíveis em diversos tamanhos e com recursos
opcionais para atender as necessidades da indústria.
Figura 42 - Válvula reguladora de pressão
2.10.2-Válvula de Expansão Elétrica
Válvulas de motor de passo operadas eletronicamente, proporcionando um
controle preciso de fluxo do fluido refrigerante. Podem ser instaladas em diversos
sistemas de refrigeração e ar condicionados. Ampla faixa de capacidade: de 1/2 a 175
TR.
38
Figura 43 - Imagem de uma válvula controlada eletronicamente
2.10.3-Válvula Esfera
Válvulas de esfera para serem utilizadas como válvulas de serviço em linhas de
líquido, sucção e gás quente, em sistemas de ar condicionado e refrigeração.
Figura 44 - Válvula esfera
2.10.4-Válvula de Retenção Diferencial de Óleo OCV
Válvulas com diferencial fixo de 5, 10, 20, 30 psi. O diferencial criado pela
OCV assegura que o óleo flua do reservatório até o controle de nível de óleo (bóia),
sempre que houver óleo suficiente no reservatório.
Figura 45 - Válvula de retenção OCV utilizado em alguns sistemas
2.10.5-Válvula Shut-off
Válvulas de serviço manual usadas em linhas de líquido, sucção e gás quente,
em sistema de refrigeração e ar condicionado. Podem ser utilizadas em todos os
refrigerantes fluorados.
1. Para parar o fluxo ou passagem; shut off: desligar a água quente, fechando uma
válvula.
2. Para fechar, isolar: solitários, que se fecham fora da comunidade.
Observação: shut off=desligado
Figura 46 - Válvula shut off
39
2.10.6-Válvula de Expansão
A principal finalidade deste dispositivo é proporcionar a redução da pressão do
fluido refrigerante e controlar o fluxo de massa que entra no evaporador, mantendo um
superaquecimento constante independentemente das condições do sistema, evitando
assim a entrada de líquido no compressor.
Figura 47 - Válvula de expansão
O funcionamento da válvula depende da pressão do evaporador e da pressão de
comando do bulbo termostático. O bulbo termostático deve ser instalado na saída do
evaporador, em contato térmico com a tubulação de sucção, de modo a captar
continuamente a temperatura do fluido refrigerante que sai do evaporador.
2.10.7-Válvula Solenóide
Normalmente fabricadas com as versões aberta ou fechada, com acionamento
direto ou com orifício piloto. As bobinas são fornecidas para corrente alternada ou
contínua.
Figura 48 - Válvula solenóide
2.10.8-Válvula de Retenção
Projetadas para assegurarem um único sentido de fluxo. Podem ser utilizadas nas
linhas de líquido, sucção e gás quente, sendo compatível com todos os refrigerantes
fluorados.
Figura 49 - Exemplo de uma válvula de retenção
40
3-Refrigeração por Compressão de Vapor
Figura 50 - A geladeira doméstica: um exemplo de ciclo de compressão de vapor
Efetivamente, o que é o ciclo frigorífico de compressão de vapor?
Ele consiste de uma série de processos executados sobre e por um fluido de
trabalho, denominado de refrigerante. A geladeira da sua casa, por exemplo, e o
aparelho de ar condicionado, da sala de aula, ambos devem funcionar com o
Refrigerante 22, o mais comum, também conhecido por Freon 22 (em tempo, ciclos de
compressão modernos já estão utilizando refrigerantes “ecológicos”, que não afetam a
camada de ozônio da atmosfera, pois refrigerantes cloro - flúor - carbonos destroem o
ozônio O3 da atmosfera). Assim como o ciclo de compressão de uma geladeira de
boteco, o ar-condicionado de seu carro, o sistema de condicionamento central de um
edifício, de um “shopping Center”, e vários outros, industriais, comerciais e
residenciais.
O ciclo é constituído dos seguintes processos:
1. Compressão de vapor, isto é, um compressor realiza trabalho sobre o vapor,
transfere potência a ele;
2. A condensação do vapor, que ocorre no condensador (o trocador de calor à
direita, na figura acima);
3. A expansão do líquido após o condensador, que ocorre na válvula termostática
ou em um tubo capilar;
4. A evaporação do líquido no evaporador.
Como em toda análise de ciclos, vamos começar comentando um pouco de como
se da o ciclo de refrigeração a partir dos princípios piscométricos, posteriormente
analisando um ciclo ideal de compressão de vapor e comparando com o ciclo real. Vale
41
lembrar, que ciclos reais desviam-se dos ciclos idealizados, isto é, o ciclo ideal serve,
para nossa análise do ciclo real, como uma referência, um objetivo a atingir (apesar de
inalcançável, mas engenheiro tem um quê de alquimista, e segue em frente), através da
melhoria de cada processo que o constitui.
3.1-Princípio da Compressão de Vapor
Se um líquido for introduzido num vaso onde existe, inicialmente, um grau de
vácuo e cujas paredes são mantidas a temperatura constante, ele se evaporará
imediatamente. No processo, o calor latente de vaporização, ou seja, o calor necessário
para a mudança do estado líquido para o estado vapor é fornecido pelas paredes do vaso.
O efeito de resfriamento resultante é o ponto de partida do ciclo de refrigeração, que
será examinado logo a seguir. À medida que o líquido se evapora, a pressão dentro do
vaso aumenta até atingir, eventualmente, a pressão de saturação para a temperatura
considerada. Depois disto nenhuma quantidade de líquido evaporará e, naturalmente, o
efeito de resfriamento cessará. Qualquer quantidade adicional de líquido introduzido
permanecerá neste estado, isto é, com o líquido no fundo do vaso. Se for removida parte
do vapor do recipiente conectando-o ao lado de sucção de uma bomba, a pressão
tenderá a cair isto provocará uma evaporação adicional do líquido. Neste aspecto, o
processo de resfriamento pode ser considerado contínuo. E, para tal, necessita-se: de um
fluido adequado, o refrigerante; um recipiente onde a vaporização e o resfriamento
sejam realizados, chamado de evaporador; e um elemento para remoção do vapor,
chamado de compressor.
O sistema apresentado até agora não é prático, pois envolve um consumo
contínuo de refrigerante. Para evitar este problema é necessário converter o processo
num ciclo. Para fazer o vapor retornar ao estado líquido, o mesmo deve ser resfriado e
condensado. Usualmente, utiliza-se a água ou o ar, como meio de resfriamento, os quais
se encontram a uma temperatura, substancialmente, mais elevada do que a temperatura
reinante no evaporador. A pressão de vapor correspondente à temperatura de
condensação deve, portanto, ser bem mais elevada do que a pressão no evaporador. O
aumento desejado de pressão é promovido pelo compressor.
A liquefação do refrigerante é realizada num condensador que é, essencialmente,
um recipiente resfriado externamente pelo ar ou água. O gás refrigerante quente
(superaquecido) com alta pressão é conduzido do compressor para o condensador, onde
é condensado. Resta agora completar o ciclo, o que pode ser feito pela inclusão de uma
válvula ou outro dispositivo regulador, que será usado para injeção de líquido no
evaporador. Este é um componente essencial de uma instalação de refrigeração e é
chamado de válvula de expansão.
3.2-Ciclo Teórico de Refrigeração por Compressão de Vapor
Um ciclo térmico real qualquer deveria ter para comparação o ciclo de
CARNOT, por ser este o ciclo de maior rendimento térmico possível. Entretanto, dado
as peculiaridades do ciclo de refrigeração por compressão de vapor, define-se um outro
ciclo que é chamado de ciclo teórico, no qual os processos são mais próximos aos do
ciclo real e, portanto, torna-se mais fácil comparar o ciclo real com este ciclo teórico
42
(existem vários ciclos termodinâmicos ideais, diferentes do ciclo de Carnot, como o
ciclo ideal de Rankine, dos sistemas de potência a vapor, o ciclo padrão ar Otto, para os
motores de combustão interna a gasolina e álcool, o ciclo padrão ar Brayton, das
turbinas a gás, etc). Este ciclo teórico ideal é aquele que terá melhor desempenho
operando nas mesmas condições do ciclo real. Para maior fixação do conceito segue
ilustração do ciclo ideal de compressão de vapor com seus respectivos equipamentos
Figura 51 e o ciclo teórico construído sobre umdiagrama de Mollier, no plano P-h
Figura 52.
Figura 51 - Ciclo ideal de compressão de vapor
Figura 52 - Ciclo de compressão de vapor ideal no diagrama de Mollier
A Figura 51 mostra um esquema básico de um sistema de refrigeração por
compressão de vapor com seus principais componentes, os equipamentos
esquematizados representam, genericamente, qualquer dispositivo capaz de realizar os
respectivos processos específicos indicados, e a Figura 52 representam o seu respectivo
ciclo teórico construído sobre um diagrama de Mollier, no plano P-h.
Os processos termodinâmicos que constituem o ciclo teórico em seus respectivos
equipamentos são:
a) Processo 1→2. Ocorre no compressor, sendo um processo adiabático reversível (onde
adiabático é um processo de transformação termodinâmica na qual não há trocas de
calor com o ambiente, apesar de haver variação térmica. A energia interna se transforma
43
em trabalho diretamente (U =Q - W, Q=0 Logo U= -W). Com a perda de energia
interna, há diminuição da temperatura e realização de trabalho (aumento de volume).
Com o ganho de energia interna, há aumento de temperatura e sofrimento de trabalho
(diminuição de volume), e o reversivel é algo possível voltar ao estado inicial
cambiando as condições que provocaram tais alterações). O refrigerante entra no
compressor à pressão do evaporador (Po) e com título igual a 1 (x =1). O refrigerante é
então comprimido até atingir a pressão de condensação (Pc) e, ao sair do compressor
está superaquecido à temperatura T2, que é maior que a temperatura de condensação
TC.
b) Processo 2→3. Ocorre no condensador, sendo um processo de rejeição de calor, do
refrigerante para o meio de resfriamento, à pressão constante. Neste processo o fluido
frigorífico é resfriado da temperatura T2 até a temperatura de condensação TC e, a
seguir, condensado até se tornar líquido saturado na temperatura T3, que é igual à
temperatura TC.
c) Processo 3→4. Ocorre no dispositivo de expansão, sendo uma expansão irreversível
a entalpia constante desde a pressão PC e líquido saturado (x=0), até a pressão de
vaporização (Po). Observe que o processo é irreversível e, portanto, a entropia do
refrigerante na saída do dispositivo de expansão (s4) será maior que a entropia do
refrigerante na sua entrada (s3).
d) Processo 4→1. Ocorre no evaporador, sendo um processo de transferência de calor a
pressão constante (Po), conseqüentemente a temperatura constante (To), desde vapor
úmido (estado 4), até atingir o estado de vapor saturado seco (x=1). Observe que o calor
transferido ao refrigerante no evaporador não modifica a temperatura do refrigerante,
mas somente muda sua qualidade (título).
3.3-Ciclo Real de Compressão de Vapor
As diferenças principais entre o ciclo real e o ciclo teórico estão mostradas na
Figura 53, conforme segue abaixo:
Figura 53 - Diferenças entre o ciclo teórico e o real de refrigeração.
44
Uma das diferenças entre o ciclo real e o teórico é a queda de pressão nas linhas
de descarga, líquido e de sucção assim como no condensador e no evaporador. Estas
perda de carga ΔPd e ΔPs estão mostradas na Figura 53.
Outra diferença é o sub-refriamento do refrigerante na saída do condensador
(nem todos os sistemas são projetados com sub-refriamento), e o superaquecimento na
sucção do compressor, sendo este também um processo importante que tem a finalidade
de evitar a entrada de líquido no compressor. Outro processo importante é o processo de
compressão, que no ciclo real é politrópico (s1 ≠ s2), e no processo teórico é
isentrópico.
Devido ao superaquecimento e ao processo politrópico de compressão a
temperatura de descarga do compressor (T2) pode ser muito elevada, tornando-se um
problema para os óleos lubrificantes usados nos compressores frigoríficos. A
temperatura de descarga não deve ser superior a 130 °C, o que, por vezes, exige o
resfriamento forçado do cabeçote dos compressores, principalmente quando são
utilizados os refrigerantes R717 e R22, (com baixas temperaturas de evaporação).
Muitos outros problemas de ordem técnica, dependendo do sistema e sua aplicação,
podem introduzir diferenças significativas além das citadas até aqui.
3.3.1-Capacidade frigorífica
A capacidade frigorífica (Q0 ), é a quantidade de calor, por unidade de tempo,
retirada do meio que se quer resfriar (produto), através do evaporador do sistema
frigorífico. Este processo está indicado na Figura 54. Considerando-se que o sistema
opera em regime permanente e desprezando-se as variações de energia cinética e
potencial, pela primeira lei da termodinâmica, tem-se:
Figura 54 - Processo de transferência de calor no evaporador.
Normalmente, se conhece a capacidade frigorífica deve do sistema de
refrigeração, a qual deve ser igual à carga térmica, para operação em regime
permanente. Se for estabelecido o ciclo e o fluido frigorífico com o qual o sistema deve
trabalhar, pode-se determinar o fluxo mássico que circula através dos equipamentos,
pois as entalpias h1 e h4 são conhecidas e, conseqüentemente o compressor fica
determinado.
45
A quantidade de calor por unidade de massa de refrigerante retirada no
evaporador é chamada de “Efeito Frigorífico” (EF), e é um dos parâmetros usados para
definir o fluido frigorífico que será utilizado em uma determinada instalação.
3.3.2 - Potência teórica de compressão
Chama-se de potência teórica de compressão à quantidade de energia, por
unidade de tempo, que deve ser fornecida ao refrigerante, no compressor, para se obter a
elevação de pressão necessária ao do ciclo teórico. Neste ciclo o processo de
compressão é adiabático reversível (isentrópico), como indicado na Figura 55. No
sistema de refrigeração real o compressor perde calor para o meio ambiente, entretanto,
este calor é pequeno quando comparado à energia necessária para realizar o processo de
compressão. Aplicando-se a primeira lei da termodinâmica, em regime permanente, no
volume de controle da figura baixo e desprezando-se a variação de energia cinética e
potencial tem-se :
Figura 55 - Processo de compressão adiabático reversível no compressor.
3.3.3-Calor rejeitado no condensador
Conforme mencionado, a função do condensador é transferir calor do fluido
frigorífico para o meio de resfriamento do condensador (água ou ar). Este fluxo de calor
pode ser determinado através de um balanço de energia no volume de controle da Figura
56. Assim, considerando o regime permanente, tem-se:
Figura 56 - Processo de transferência de calor no condensador.
46
Assim, o condensador a ser especificado para o sistema de refrigeração deve ser
capaz de rejeitar a taxa de calor calculada pela equação acima descrita, a qual depende
da carga térmica do sistema e da potência de acionamento do compressor.
3.3.4-Dispositivo de expansão
No dispositivo de expansão, que pode ser de vários tipos, o processo teórico é
adiabático, como mostra a Figura 57, e, neste caso, aplicando-se a primeira lei da
termodinâmica, em regime permanente, desprezando-se as variações de energia cinética
e potencial, tem-se:
Figura 57 - Processo no dispositivo de expansão.
3.4-Coeficiente de performance do ciclo
O coeficiente de performance, COP, é um parâmetro importante na análise das
instalações frigoríficas. Embora o COP do ciclo real seja sempre menor que o do ciclo
teórico, para as mesmas condições de operação, pode-se, com o ciclo teórico, verificar
que parâmetros influenciam no desempenho do sistema. Assim, o COP é definido por:
Pode-se inferir da equação acima que, para ciclo teórico, o COP é função
somente das propriedades do refrigerante, conseqüentemente, depende das temperaturas
de condensação e vaporização. Para o ciclo real, entretanto, o desempenho dependerá
em muito das propriedades na sucção do compressor, do próprio compressor e dos
demais equipamentos do sistema, como será visto adiante.
47
3.4.1-Parâmetros que Influenciam o COP do Ciclo de Refrigeração
Vários parâmetros influenciam o desempenho do ciclo de refrigeração por
compressão de vapor. A seguir será analisada a influência de cada um deles
separadamente.
3.4.2-Influência da temperatura de evaporação no COP do ciclo teórico
Para ilustrar o efeito que a temperatura de evaporação tem sobre a eficiência do
ciclo será considerado um conjunto de ciclos em que somente a temperatura de
evaporação (To), é alterada. Estes ciclos estão mostrados na Figura 57. Nesta análise
utilizou-se R22 como refrigerante, o qual é típico de sistemas de ar condicionado. Como
pode ser observada, uma redução na temperatura de evaporação resulta em redução do
COP, isto é, o sistema se torna menos eficiente.
Figura 58 – Influência da temperatura de evaporação no COP do ciclo teórico.
48
3.5-Aplicações do ciclo de compressão a vapor
3.5.1-Aplicação Industrial
O ciclo de compressão de vapor é o mais utilizado em equipamentos frigoríficos
para produção de frio: para conforto térmico ambiente e para resfriamento e
congelamento de produtos.
Figura 59 - Frigorífico de produtos por compressão de vapor por expansão direta
O esquema acima representa um sistema frigorífico para produtos: os ovos estão
na câmara frigorífica, que é mantida à temperatura baixa pela troca de calor que ocorre
no evaporador. O evaporador é um trocador de calor (no caso, de tubos aletados) que
resfria o ar que circula na câmara, movimentado pela ação do ventilador. No evaporador
ocorre a evaporação do fluido refrigerante, idealmente um processo isobárico (na
realidade, com pequena variação de pressão). Ainda no interior da câmara, próximo do
evaporador, está o dispositivo de expansão (a válvula termostática). Este então é um
dispositivo frigorífico de expansão direta: a expansão ocorre no ambiente a ser
resfriado. No exterior da câmara estão o compressor e o condensador (e outros
dispositivos auxiliares, como o vaso acumulador e o filtro). Esse é exatamente o
esquema de uma geladeira comum, por compressão de vapor.
3.5.1.1-Sistema de refrigeração com múltiplos compressores (multiplex).
Os compressores são montados rack. As tubulações de descarga e sucção são
conectadas a manifolds comuns, e os compressores operam à mesma pressão de sucção.
O uso de múltiplos compressores em paralelo pode ser um método de controle
de capacidade bastante eficiente, uma vez que os compressores podem ser selecionados
e acionados conforme a carga de refrigeração da instalação.
Estes sistemas são particularmente vantajosos para sistemas que apresentam
grande variação de carga, como é o caso de supermercados, onde aspectos operacionais
e meteorológicos podem reduzir a necessidade de frio da instalação a até 10% da
nominal.
49
Figura 60 – Sistema frigorífico típico de supermercados (Multiplex ou paralelos)
A Tabela 10 apresenta uma comparação destes sistemas com as unidades
individuais convencionais.
Tabela 10 - Comparação entre os sistemas em paralelo e os sistemas convencionais
individuais
Estes sistemas requerem, no entanto, cuidados especiais quanto ao retorno de
óleo, de forma que se garanta equalização de nível entre os caracteres dos compressores.
A figura 61 mostra uma forma eficiente de se garantir esta equalização,
50
Figura 61 – Compressores em paralelo – equalização de óleo.
Sistemas de refrigeração indiretos podem assumir diversas formas, mas
geralmente empregam um ou mais chillers para refrigerar um fluido intermediário, o
qual é bombeado até as câmaras frias ou displays, onde refrigera os produtos. A Figura
62 mostra os elementos básicos de uma instalação com fluído intermediário.
Neste caso os chillers, fornecem fluidos intermediários resfriado aos
consumidores de frio. A descarga dos compressores ocorre em um manifold comum, de
onde os gases são conduzidos para um condensador remoto, o qual geralmente está
instalado no teto da casa de máquinas.
Os sistemas com fluidos intermediários têm características que tendem a
melhorar a eficiência do sistema primário. Estas incluem a proximidade dos
compressores com o trocador de calor intermediário, a possibilidade de subresfriar o
refrigerante primário com o fluido secundário (salmoura) e a utilização do fluido
intermediário, levemente aquecido para descongelar os trocadores de calor (serpentinas
de resfriamento).
Figura 62 - Sistema Frigorífico típico de expansão indireta
51
3.5.2-Aplicação residencial
Figura 63 - Ilustração esquemática de um sistema de refrigeração – Ar condicionado
residencial
O compressor durante o seu funcionamento cria uma diferença de pressões entre
o evaporador e o condensador. Este retira fluído refrigerante (em estado gasoso) ao
evaporador, resultando numa diminuição na pressão de sucção. Essa massa através do
trabalho de compressão sofre uma variação na entalpia, resultando também num
aumento nas propriedades de temperatura e pressão.
O fluido refrigerante que está a uma temperatura superior à temperatura
ambiente, ao passar pelo condensador transfere uma quantidade de calor para o ar que
passa pelo condensador, essa quantidade é quantificada pela equação abaixo:
A mesma deve corresponder ao calor latente da substância refrigerante,
conforme equação abaixo, para que o fluido refrigerante passe para o estado líquido.
Assim segue:
52
Onde;
Em refrigeração, L é denominado de calor de fusão, Lf, ou de calor de evaporação, Lv.
O resultado da passagem do fluido refrigerante pelo condensador foi uma
diminuição na sua entalpia. Mas é com este valor de entalpia, apesar com uma pressão e
temperatura mais baixa, que o fluído refrigerante possui ao passar pela válvula de
expansão ou tubo capilar. E desta forma consegue absorver o calor do ar que passa pelo
evaporador, recuperando grande parte da sua entalpia passando do estado líquido para o
estado gasoso.
53
4-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 nos
Estados Unidos patenteou a primeira máquina de absorção de funcionamento contínuo,
usando o par amônia e água. O primeiro uso do sistema nos Estados Unidos foi
provavelmente feito pelos Estados Confederados durante a Guerra Civil para
suprimento de gelo natural que havia sido cortado pelo norte.
Levando em consideração aspectos econômicos e ambientais houve interesse nos
refrigeradores alimentados por uma fonte de calor. Um esforço considerável de pesquisa
tem sido investido no estudo de sistemas de refrigeração desse tipo. Esses sistemas
podem utilizar fontes de energia renováveis, tais como gases quentes expelidos por
outros sistemas, ou mesmo energia solar. Em situações especiais, onde a preservação do
ambiente é prioridade, a refrigeração solar é uma alternativa na conservação de
alimentos e suprimento médico. Quando a refrigeração tem de ser fornecida de maneira
ininterrupta, torna-se necessário estabelecer uma fonte de energia suplementar, tal como
um queimador a gás, ainda assim se apresentando como uma boa alternativa.
Água quente, vapor (baixa pressão e alta pressão) e gases de combustão, são
algumas das fontes de calor que podem ser utilizadas para operar equipamentos de
absorção, cuja esta energia térmica pode ser obtida a partir dos seguintes meios:
Aproveitamento de rejeitos de calor de processos industriais e comerciais;
Cogeração;
Energia solar;
Queima direta (biomassa, biodiesel, gás natural, biogás).
4.1-Ciclo básico do sistema de refrigeração por absorção
O ciclo básico de refrigeração por absorção opera com dois níveis de pressão,
estabelecidos pelas temperaturas de evaporação TE e condensação TC, respectivamente.
A figura 64 mostra um esquema de um ciclo básico de refrigeração por absorção e seus
componentes principais. Pela figura pode- se 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 do 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 No
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
54
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 (que tem objetivo de manter a diferença de pressão entre o
absorvedor e o gerador), 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, geralmente o meio para resfriamento é água ou
ar . 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 o 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.
OBS.: Num sistema de refrigeração por absorção, requer-se resfriamento do
condensador e do absorvedor, o que pode ser feito através da água de uma torre de
resfriamento.
Figura 64- Ciclo básico de refrigeração por absorção e seus componentes principais.
55
TE – Temperatura de evaporação
TC – Temperatura de Condensação
qg - Taxa que o calor de uma fonte a alta de temperatura é adicionado ao
gerador.
qc- Taxa que o calor é removido do ciclo, por meio de água ou ar.
VEX - Válvula de expansão
qe- Taxa de calor absorvida do meio onde se deseja resfriar.
TE – Temperatura de evaporação.
VRP - Válvula redutora de pressão.
qa- Taxa que o calor de absorção precisa ser removido do ciclo.
BSC - Bomba de recirculação de solução.
4.1.1-Classificação
Os sistemas de refrigeração por absorção podem ser classificados segundo os
fluidos de trabalho empregados. São três as tecnologias comercialmente consagradas:
Amônia-água (refrigerante-absorvedor);
Amônia-água-hidrogênio;
Água-brometo de lítio (refrigerante-absorvedor).
4.1.1.1-Amônia-água
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 gelo. 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 60 e 70, 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.
4.1.1.2-Amônia-água-hidrogênio – Difusão
O sistema de refrigeração por absorção utilizando amônia-água-hidrogênio,
também conhecido como sistema de 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.
4.1.1.3-Água-brometo de lítio
A utilização da absorção com solução de água-brometo de lítio, ocorreu 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,
56
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.
4.2-Aspectos gerais do sistema de refrigeração por absorção
O ciclo de refrigeração por absorção é similar em certos aspectos ao ciclo
refrigeração por compressão de vapor. O ciclo básico de refrigeração, tanto por
absorção ou compressão, opera com um condensador, válvula de expansão e evaporador
se o vapor de baixa pressão do evaporador puder ser transformado em vapor de alta
pressão e entregue ao condensador. O sistema de compressão de vapor usa um
compressor para esta tarefa, já o sistema de absorção primeiro absorve vapor de baixa
pressão em um líquido absorvente apropriado. Incorporado no processo de absorção há
a conversão de vapor em líquido, desde que esse processo é similar ao de condensação,
o calor precisa ser rejeitado durante o processo. O passo seguinte é elevar a pressão do
líquido com uma bomba, e o passo final é liberar o vapor do líquido absorvente por
adição de calor.
O ciclo de compressão de vapor é descrito como um ciclo operado a trabalho
por que a elevação da pressão do refrigerante é conseguida por um compressor que
requer trabalho. O ciclo de absorção, por outro lado, é referido como ciclo operado a
calor porque a maior parte do custo de operação é associada com o fornecimento de
calor que libera o vapor do líquido de alta pressão. Na verdade existe a necessidade de
algum trabalho para acionar a bomba no ciclo de absorção, mas a quantidade de
trabalho para uma dada quantidade de refrigeração é mínima, comparada com aquela
que seria necessária no ciclo de compressão de vapor.
Os fluxos de calor em um sistema de absorção para os quatro componentes
(Gerador, Condensador, Evaporador e Absorvedor) ocorrem da seguinte forma: o calor
de uma fonte de alta temperatura entra no gerador, enquanto que o calor a baixa
temperatura da substância que está sendo refrigerada entra no evaporador. A rejeição de
calor do ciclo ocorre no absorvedor e condensador a temperaturas tais que o calor possa
ser rejeitado para a atmosfera. Abaixo segue figura 65 exemplificando uma unidade de
absorção básica e a figura 66 de uma máquina de refrigeração por absorção.
57
Figura 65 - A unidade de absorção básica
Figura 66 - Máquina de Refrigeração por absorção.
4.3-Vantagens das máquinas de refrigeração por absorção
1. Utilizam a energia térmica (calor) em lugar de energia elétrica que é mais cara e
mais nobre;
2. Permitem também a recuperação do calor perdido no caso de turbinas e, outros
tipos de instalações que utilizam o vapor d’água;
3. As instalações de absorção se caracterizam, pela sua simplicidade, por não
apresentarem partes internas móveis (as bombas são colocadas à parte), o que
lhes garante um funcionamento silencioso e sem vibração.
4.4-Desvantagens das máquinas de refrigeração por absorção
1. Alto consumo de energia;
2. Pelo alto consumo, podem consumir uma quantidade de energia superior a sua
produção frigorífica;
3. Sua principal desvantagem é o elevado custo inicial, variando de 550 a 900
US$/TR (GPG-256, 1999) e, conforme mencionado abaixo, o seu baixo COP,
variando de acordo com o tipo de equipamento, como mostrado na Tabela 11.
Tabela 11 - COP de máquinas de absorção
58
4.5-Tipos de sistemas de absorção
Sistemas de absorção são baseados em combinações de substâncias que possuem
propriedades não usuais: Uma substância irá absorver a outra sem interação química
entre elas. A absorção irá acontecer quando uma dessas estiver em uma temperatura
mais baixa e a separação quando esta estiver numa temperatura mais alta. Se essa
substância for um sólido o processo será chamado de adsorção, se ela for líquida,
absorção. Os sistemas de absorção são classificados como:
Sistemas intermitentes;
Sistemas contínuos;
Estes sistemas possuem várias aplicações, são elas:
Doméstica;
Veículos;
Hotéis;
Industrial;
Condicionamento de ar.
Também podem ser classificados quanto a sua fonte de calor:
Querosene;
Gás natural;
Vapor;
Energia elétrica;
Energia solar.
4.5.1-Princípios de sistemas de absorção intermitente
O ciclo usado no sistema de absorção intermitente é similar ao princípio de
Faraday, mas tem algumas propriedades diferentes.
Na figura 67, a amônia misturada com água em um tanque vedado ou gerador.
Em seguida um queimador a querosene o aquece. O calor vindo do queimador retira a
amônia da mistura na forma de vapor. Este vapor é forçado pra cima por uma bomba
através de um condensador. O condensador fica imerso em um tanque de água no alto
do refrigerador. A água contida no tanque refrigera o vapor de amônia contido no
condensador que se condensa a uma pressão alta. Esta amônia líquida flui através de um
cano para um tanque (na figura: "liquid receiver"). A partir daí ela passa para o
evaporador, que é imerso em sal moura. O tanque é isolado termicamente.
O processo continua por um curto espaço de tempo até que o querosene acabe. O
absorvedor esfria até a temperatura do sistema, entretanto a amônia evapora em
temperaturas mais baixas no evaporador, isto ocorre porque como o gerador o esfria,
tende a reabsorver o vapor de amônia. Portanto isso reduz a pressão e permite que a
amônia líquida no evaporador entre em ebulição a uma temperatura baixa. Esta ebulição
causa o efeito de refrigeração desejado.
59
Figura 67 - Sistema de absorção intermitente
4.5.2-Princípios do sistema de absorção contínuo
O sistema geralmente mais construído utiliza água, amônia e hidrogênio.
Quando o sistema refrigera continuamente é chamado de sistema de absorção contínua.
Um ciclo de refrigeração contínua opera automaticamente através do uso de
controladores automáticos.
Muitas empresas possuem variações do sistema básico. No entanto o princípio
de operação é sempre o mesmo.
O queimador é aceso e seu calor é fornecido para o gerador (Fig.68 - 1).
Vapor de amônia é separado da solução, então flui para cima através do tubo coador
(Fig.68 - 2). Essa solução é levada para cima até atingir o separador (Fig.68 - 3).
A maior parte da solução líquida é depositada no fundo do separador e flui para
o absorvedor. O vapor de amônia está com uma densidade menor, assim ele sobe
através de um tubo (Fig. 68 - 4) até o condensador. Então a amônia condensada cai no
evaporador.
Figura 68 - Sistema de absorção contínua.
60
A grande quantidade de hidrogênio presente no evaporador permite que a
amônia evapore. Isto ocorre a uma baixa pressão e uma baixa temperatura (princípio de
Dalton). Durante a evaporação a amônia retira calor do compartimento de refrigeração.
Este vapor de amônia se mistura com o hidrogênio que estava no evaporador.
Então a fraca solução de amônia flui por gravidade pelo o separador, em 3. Ela
desce para o topo do absorvedor (Nota :Uma solução "fraca" possui pouco vapor de
amônia absorvido. Uma solução forte possui uma grande quantidade de vapor de
amônia dissolvido). Na parte superior do absorvedor, a solução encontra a mistura de
gás hidrogênio e vapor de amônia vinda do evaporador. A fraca e razoavelmente fria
solução absorve o vapor de amônia. O gás hidrogênio fica livre visto que não se mistura
com a água. Como o hidrogênio também possui uma densidade pequena ele sobe até a
parte superior do absorvedor, dali ele retorna para o evaporador.
O absorvedor possui aberturas para troca de calor com o ar. O resfriamento da
solução fraca ajuda a reabsorção de gás amônia da mistura gás hidrogênio-vapor de
amônia. Quando a água absorve vapor de amônia uma quantidade considerável de calor
é liberado. As aberturas de ventilação removem esse calor permitindo que a refrigeração
continue. A mistura líquida de água e amônia volta para o gerador e o ciclo recomeça.
4.5.2.1-Sistemas de absorção contínuo com bomba
Os sistemas de refrigeração por absorção contínua com bomba, figura 69,
geralmente utilizam amônia como refrigerante. Eles usam uma solução aquosa de
amônia como absorvedor. Qualquer trocador de calor pode ser usado, entretanto os mais
comuns são gás natural, vapor ou GLP, também podendo utilizar calor residual de
alguma fonte.
O sistema opera sob duas pressões. A alta pressão é entre 1484kPa e 2174kPa. A
baixa pressão é entre 380kPa e 518kPa. As partes de alta e baixa pressão são separadas
por válvulas de estrangulamento, uma bomba ou outros equipamentos de controle. O
sistema operacional pode ser dividido em quatro partes sendo elas gerador,
condensador, evaporador e absorvedor.
O gerador é aquecido por um queimador vertical o calor faz o líquido ferver e a
amônia que estava dissolvida evaporar. O vapor sobe através de um tubo para o
condensador ventilado. No condensador é removido calor do vapor para o ar,
condensando o vapor que então atua como refrigerante. O líquido refrigerante passa
agora a uma alta pressão para o evaporador. No evaporador água carregando calor da
área a ser resfriada passa através de tubos. O calor da água nos tubos é transferido para
o refrigerante, que evapora. A água nos tubos que estavam a baixa temperatura retorna
para a área a ser resfriada podendo absorver calor dessa área. O refrigerante que evapora
no evaporador desce para o absorvedor. Dali o refrigerante líquido é então bombeado de
volta para a solução no gerador, repetindo o processo.
61
Figura 69 - Sistema de absorção contínuo utilizando uma bomba para manter a
diferença de pressão interna
4.5.3-Ciclo de absorção com trocador de calor
O exame do ciclo de absorção e das temperaturas de operação mostrados na
figura 70, revela que a solução no ponto 1 deixa o absorvedor a uma temperatura de
30ºC e precisa ser aquecida a 100ºC no gerador. Similarmente a solução no ponto dois
deixa o gerador a 100ºC e precisa ser resfriada até 30ºC no absorvedor. Um dos maiores
custos de operação do sistema está no calor adicionado no gerador “qg”, e
realisticamente haverá algum custo associado com a remoção de calor do absorvedor
“qa” .Uma adição lógica ao ciclo simples é a de um trocador de calor como mostrado na
figura 70 para transferir calor entre as duas correntes de soluções. Este trocador de calor
aquece a solução fria do absorvedor em seu caminho para o gerador e esfria a solução
que retorna do gerador para o absorvedor.
Figura 70 – Sistema de absorção com trocador de calor
62
4.6-Unidades de Absorção Comerciais
A construção de uma instalação de absorção comercial tira proveito do fato de
que o condensador e o gerador operam à mesma pressão e combinam estes componentes
em um mesmo vaso. Similarmente, desde que o evaporador e o absorvedor operam a
mesma pressão, estes componentes também podem ser instalados em um mesmo vaso,
como mostra a figura 71. No vaso de alta pressão o vapor de água do gerador deriva
para o condensador, onde é liquefeito, enquanto que no vaso de baixa pressão o vapor
de água liberado no evaporador escoa para baixo para o absorvedor.
Figura 71 – Um arranjo de componentes em uma unidade de absorção comercial
Para aumentar a taxa de transferência de calor no evaporador uma bomba de
recirculação pulveriza a água a ser evaporada sobre os tubos do evaporador para resfriar
a água da carga de refrigeração. Note-se que a água gelada que serve a carga de
refrigeração é um circuito separado da água que serve como refrigerante na unidade de
absorção. A manutenção de circuitos separados de água ajuda a manter uma maior
pureza na unidade de absorção e permite a água que serve a carga de refrigeração operar
a pressões acima da atmosfera. Outro aspecto mostrado na Figura 71 é que a água da
torre de resfriamento passa em série pelo absorvedor e condensador, extraindo calor de
ambos os componentes.
Figura 72 – Unidade de refrigeração por absorção comercial
63
Na fotografia da unidade de absorção da Figura 72 os vasos de alta e baixa
pressão podem ser distinguidos. É possível também combinar todos os componentes em
um único vaso com um separador interno entre as câmaras de alta e baixa pressão.
Esta figura mostra um dos tipos de construção possíveis para unidades de refrigeração
por absorção, sendo que esta é uma unidade que já foi comercializada.
4.7-Aplicações Práticas
Produção de frio com painéis solares
Figura 73 - Esquema para refrigeração através de placas solares
É realmente possível produzir frio com ajuda de painéis solares, utilizando o
ciclo de absorção. Este ciclo é parecido com os outros tipos de ciclos refrigeração,
contudo apresenta uma importante diferença, enquanto os ciclos de refrigeração
precisam de um compressor (energia em forma de trabalho), os ciclos de absorção
precisam de outra forma de energia, o calor.
Entre as vantagens do ciclo de refrigeração por absorção em relação aos outros tipos
de tipos de refrigeração podemos citar:
1. Os ciclos de absorção têm um consumo mecânico extremamente reduzido,
quando comparado com o ciclo frigorífico, já que os chillers de absorção, apenas
precisam de uma pequena bomba para fazer circular o fluido.
2. Outro ponto interessante é a possibilidade de aproveitar uma fonte de calor
residual (aproveitar vapor ou agua quente residual de um processo industrial) ou
renovável (recorrendo a painéis solares).
Abaixo temos um esquema de montagem de um painel solar para regrigeração
utilzando-se do ciclo de absorção.
Figura 74 – Ciclo de refrigeração utilizando placas solares como fonte de calor
64
5-Torres de Resfriamento
As torres de resfriamento (figura 75), (figura 76) tem como finalidade remover
calor de sistemas (ar condicionado e de uma enorme variedade de processos industriais
que geram calor excessivo). Embora toda torre de resfriamento reutilize continuamente
a água, elas ainda podem consumir de 20% a 30% do volume total de água do sistema.
Uma operação otimizada e uma manutenção adequada dos sistemas de torre de
resfriamento podem proporcionar significante economia no consumo de água.
Figura 75 - Torre com enchimento tipo grade com bacia de água fria
A água aquecida é continuamente recirculada de uma fonte quente, como por
exemplo, um sistema de ar condicionado ou de equipamentos de processo, para a torre
de resfriamento.
Figura 76 – Torre de resfriamento portátil
65
A torre de resfriamento portátil tem capacidade para resfriar 40.000 kcal/h de
água composta com suporte, bomba, registros e manômetros, fabricada em fibra de
vidro.
Figura 77 – Representação do funcionamento de uma Torre de Resfriamento
Na maioria dos sistemas de torre de resfriamento, (figura 77) a água quente (ou
água a ser resfriada) é bombeada para o topo da torre onde é distribuída por tubos ou
calhas sob o material de enchimento interno, chamado colméia. A colméia permite que
água aquecida seja espalhada de forma uniforme por toda área da torre. O ventilador da
torre puxa o ar através da água que está caindo sobre a colméia para provocar a
evaporação.
O ar pode ser puxado, pelo ventilador, através das venezianas em um fluxo
contrário, transversal ou paralelo ao fluxo da água aquecida que está caindo na torre.
Quanto maior for à mistura entre o ar e a água, mais eficiente será o resfriamento.
5.1-Balanço da água
Um simples balanço da água em um sistema de torre de resfriamento pode ser
determinado se três dos quatro seguintes parâmetros forem conhecidos: make-up,
evaporação, respingo e blow-down (Figura 78).
Figura 78 - Balanço da água da Torre de Resfriamento
66
5.1.1-Blow-down (Drenagem)
Termo utilizado para a água que é drenada da bacia da torre de resfriamento
visando reduzir o acúmulo de contaminantes na água circulante. Com a evaporação
ocorre a concentração dos contaminantes da água, como os sólidos dissolvidos.
Promovendo o dreno (blow-down) e adicionando água nova (make-up), o nível
de sólidos dissolvidos na água pode ser mantido, reduzindo assim a formação de
incrustação mineral e de outros contaminantes na torre, nos condensadores, resfriadores
e trocadores de calor do processo.
Eficiência térmica, perfeita operação e vida da torre de resfriamento, são itens
diretamente relacionados com a qualidade da água circulante na torre.
O blowdown pode ser controlado manualmente ou automaticamente por válvulas
atuadas por temporizadores (timers) ou por medidores de condutividade
(condutivímetro).
5.1.1.1-Controlando o Blow-down
Para controlar melhor o blow-down e o ciclo de concentração, as instalações
podem utilizar analisadores na linha de alimentação da água de make-up e na linha de
blow-down. Os analisadores permitem ao operador controlar cuidadosamente o uso da
água. O blow-down dos sistemas de água de recirculação é realizado quando a
condutividade da água alcança um nível pré-estabelecido. O blow-down é feito em um
processo de batelada, drenando volumes determinados de água. O melhor caminho é
usar um controle de condutividade para, continuamente, drenar e reabastecer o sistema
com água.
5.1.2-Perda por respingo
O termo “respingo” é usado para qualificar a perda da água, na forma de névoa,
que é carregada pelo vento para fora da torre. Uma taxa típica de respingo é de 0,05% a
0,2% da vazão da torre. A redução no respingo através da instalação de venezianas ou
eliminadores de gotas conserva água, retém químicos do tratamento de água no sistema
e melhora a eficiência de operação.
5.1.3-Make-up (água de reposição)
Água adicionada na torre de resfriamento destinada a repor a água perdida por
evaporação, blow-down e respingo. O volume de água de make-up adicionado afeta
diretamente a qualidade da água no sistema. A relação entre a qualidade da água de
blowdown e a qualidade da água de make-up pode ser expressa como “ciclo de
concentração”.
5.1.4-Tratamento da água
O objetivo deste tratamento é manter limpa a superfície dos trocadores de calor,
bem como minimizar o consumo de água e encontrar limites de descarte.
Os parâmetros químicos críticos da água que requerem revisão e controle
incluem PH, alcalinidade, condutividade, dureza, crescimento microbiológico, biocidas
e inibidores de corrosão.
67
Dependendo da qualidade da água de make-up, os programas de tratamento
devem incluir inibidores de corrosão e incrustação, juntamente com bactericidas. Estes
produtos químicos normalmente são adicionados ao sistema através de dosadores
automáticos controlados por medidor de PH. Os dosadores automáticos de produtos
químicos tendem a diminuir a quantidade de produtos químicos requerida.
5.1.5-Fontes alternativas de água de make-up
Algumas instalações utilizam água residual de outros processos para água de
make-up na torre de resfriamento.
Exemplo:
Em alguns casos, o efluente tratado é usado como make-up na torre de
resfriamento se o ciclo de concentração for mantido baixo. Similarmente, o blow-down
pode ser corretamente utilizado como água de processo em algumas aplicações.
Existem casos onde a água considerada como rejeito no sistema terceário do tratamento
de efluentes pode ser utilizada como água de make-up.
5.1.6-Filtragem
Usada basicamente para remover os sólidos (figura 79) existentes na água de
recirculação e em alguns casos na água de make-up, quando há alto teor de sólidos
suspensos.
Figura 79 - Remover os sólidos
Dentre os sólidos que causam problemas em um circuito de resfriamento e que
podem ser removidos através de filtração, destacam-se:
As partículas metálicas e incrustações desprendidas dos equipamentos e das
tubulações;
Poeira carregada pelo ar e que é puxada para dentro da torre pelos seus
ventiladores;
Os minerais precipitados pelo uso de produtos químicos ou de condicionadores
magnéticos;
Areia e terra contidas na água de make-up
68
Removendo estes sólidos da água da torre de resfriamento será garantida uma
melhor qualidade da mesma, com isso pode-se obter diversos ganhos econômicos, tais
como:
Redução nos Custos de Manutenção – menos paradas para limpeza na bacia da
torre, nos trocadores de calor, chillers e outros equipamentos do sistema de
resfriamento;
Economia de Energia – melhor troca térmica nos trocadores de calor e chillers;
Redução no Consumo de Água – redução no blow-down e no make-up;
Sensível Redução no Consumo de Produtos Químicos – devido à redução de
blow-down e make-up e ao ganho de eficiência dos bactericidas;
5.1.6.1-Opções de Filtragem
A filtração pode ser feita na Vazão Total da torre (Full Stream) (Figura 81 ) ou
em uma parcela da vazão, a Filtração Parcial ou Lateral (Side Stream) (Figura 82).
Usam filtros tipo cesto (strainer), tipo cartucho, tipo bag e o filtro de areia
Fabricantes dos filtros quase sempre indicam, a Filtração Lateral numa taxa de
5% da vazão total da torre como sendo um número “ideal” para o dimensionamento de
um sistema de filtração lateral. Isso se deve ao tamanho, custo de manutenção e
principalmente custo inicial de instalação destes filtros para grandes vazões.
Não existe um número “exato” para determinar a taxa de filtração de uma torre,
porém sabemos que quanto maior for este número, melhor será a qualidade da água da
torre de resfriamento.
Figura 80 - Filtro total (Full Stream)
Figura 81 - Filtro parcial (Side Stream)
69
Atualmente o mercado dispõe de uma tecnologia de filtração mais moderna,
trata-se do Filtro Separador Centrífugo, o qual remove sólidos sedimentáveis por meio
da ação centrífuga, gerada simplesmente pela velocidade de bombeamento da água.
Tem diferenças técnicas que garantem uma série de vantagens sobre os filtros
convencionais de barreira, tais como:
Não necessita de equipamento reserva (stand-by);
Não utiliza elementos filtrantes;
Dispensa retrolavagem;
Sem paradas para limpeza e/ou manutenção;
Perda de carga (DP) baixa e constante – só varia em função da vazão;
Dispositivos que permitem perda “Zero” de líquidos;
Sólidos separados são purgados em local adequado.
O fabricante deste sistema (DBD Filtros), sugere uma taxa de filtração entre 5%
e 20% da vazão total da torre de resfriamento, o que permite ter uma água de
recirculação de melhor qualidade.
Se considerarmos o custo benefício do Filtro Separador Centrífugo, mesmo que
filtrando a vazão total de uma torre de resfriamento, ele pode ainda ser mais econômico
do que os filtros convencionais de barreira, amplamente utilizado no mundo para filtrar
água de torre de resfriamento.
70
6 - Equipamentos e aplicações de sistemas de refrigeração
Um chiller é uma máquina que tem como função arrefecer água ou outro líquido
em diferentes tipos de aplicações, através de um ciclo termodinâmico. Os dois
principais tipos de chiller são:
- Chiller de compressão ou elétrico
- Chiller de absorção
Os chillers de compressão utilizam um compressor mecânico (figuras 83,87), de
forma a aumentar a pressão em determinada fase do ciclo termodinâmico do sistema. A
desvantagem deste processo reside no seu relativamente elevado consumo energético
Já os chillers de absorção têm como princípio de base um “compressor
termoquímico” (fonte de calor). Os chillers de absorção permitem produzir água gelada
a partir de uma fonte de calor, utilizando um refrigerante num processo termoquímico
de absorção. Os chillers de absorção, por sua vez, subdividem-se em dois tipos:
- Chiller de absorção de queima direta: nestes sistemas o calor necessário ao
processo é obtido queimando diretamente um combustível, tipicamente gás
natural.
- Chiller de absorção de queima indireta: nestes sistemas o calor necessário é
fornecido na forma de vapor de baixa pressão, água quente ou de um processo de purga
quente. Tipo de chiller mais apropriado para a integração com sistemas de micro-
cogeração, já que estes produzem água quente com temperaturas adequadas ao chillers.
Existem essencialmente dois tipos de chillers de absorção de queima indireta:
- Sistemas onde o absorvente é o amoníaco: Estes sistemas representam um
investimento relativamente elevado, sendo normalmente aplicados apenas em
instalações de grande capacidade.
- Sistemas onde o absorvente é o brometo de lítio: representa o sistema mais utilizado
nos casos de integração com sistemas de micro-cogeração, devido a uma melhor relação
entre o seu custo e a sua eficiência energética.
6.1-Vantagens e Desvantagens
- Consumo elétrico do chiller de absorção é tipicamente cerca de 10% do consumo dos
chillers de compressão elétricos.
- Chillers de absorção de queima indireta funciona com uma ampla gama de fontes
quentes: vapor de baixa pressão, água quente,energia solar e processo de purga quente.
- Chillers de absorção apresentam COPs de 1,1, enquanto nos chillers de compressão o
valor pode subir até de 6,0.
- Chillers de absorção representam um investimento inicial muito superior (entre 1,5 e
2,5 vezes mais caro).
6.2-Solução as diferenças
Uma solução alternativa consiste em usar um sistema híbrido integrando os dois
tipos de chillers: um chiller elétrico como base, e um chiller de absorção funcionando
durante os períodos de cheia e de ponta.
Nas aplicações de micro-cogeração, a água quente produzida, aumentando o
número de horas de funcionamento anual do sistema. Esta utilização combinada poderá
71
ser interessante em edifícios de escritórios, onde existem necessidades de calor para
aquecimento ambiente no Inverno, e grandes necessidades de frio para arrefecimento
ambiente no verão.
Aplicações
Indústria Alimentícia (Laticínios, Bebidas, Abatedouros, etc)
Indústrias Química e Petroquímica
Sistemas Cascata – R-744/R
Supermercados
Sistemas de Ar Condicionado
Figura 82 - Esquema de um “chiller” de água
A figura 82 se trata de um esquema simplificado de um chiller, operando com
um fluido qualquer e água.
Figura 83 - Chiller compacto 2000KW; (amônia como fluido refrigerante), (Fabricante
YORK)
72
Figura 84 - Sistema de dois estágios para Supermercados (120KW – LT)
A figura 84 representa um chiller com sistema de dois estágios do equipamento
mostrado na figura 85 (equipamentos com (R717/NH3))
Figura 85 - Sistemas com NH3/CO2 para Supermercados
6.3-Sistemas Paralelos
Os sistemas paralelos compactos são cada vez mais requeridos, devido ao êxito e
ao crescimento contínuo de seus principais usuários finais; cadeias de supermercados
pequenas (Mini-Mercados, “Hard Discount”, “Lojas de Conveniência” ou Mercearias).
Um Sistema Paralelo Compacto pode ser instalado dentro do Salão de Vendas
sem necessidade da Sala de Máquinas, graças ao seu nível baixo de ruído e vibrações
(Figura 86 (a)); também, pode-se montar sobre o teto do local, graças ao seu peso menor
(Figura 86 (b)) ou sobre uma parede externa apropriada, combinando todas as vantagens
mencionadas.
Sistemas paralelos permitem vários pontos de refrigeração com uma única
Unidade Central, proporcionando baixo consumo de energia com alto desempenho,
além da possibilidade da montagem com compressores semi-herméticos, abertos, scroll
ou herméticos (Figura 87).
73
(a)
Sistema Compacto instalado na
Sala de Vendas
(b)
Sistema Compacto de telhado
Figura 86 – Aplicações de sistemas paralelos
Figura 87 – Rack com configuração em paralelo
Dados da: Bandeirantes Refrigeração
6.4-Sistemas com ciclo cascata
O sistema com Ciclo Cascata constitui-se de dois (ou mais) ciclos de
refrigeração independentes, cada um com o seu próprio fluido refrigerante (mais
comuns, CO2 e Amônia), porém com um trocador de calor comum aos dois ciclos,
(Figura 88).
Figura 88 – Ciclo Cascata CO2/Amônia
74
O trocador de calor “Cascata” tem a função de condensador no ciclo de baixa
temperatura e a função de evaporador no ciclo de alta temperatura.
Os sistemas com ciclo cascata normalmente são utilizados em aplicações onde
não é possível retirar o calor do nível mais baixo de temperatura requerido (para resfriar
o produto do processo) e rejeitá-lo para a atmosfera (através de condensador
evaporativo, a água ou a ar), com a aplicação de um único fluido em um ciclo de
compressão de vapor.
São empregados em aplicações com temperaturas abaixo de -60ºC, no caso do
sistema cascata com CO2, as temperaturas de evaporação no lado de baixa variam de -
55ºC a -30ºC e as temperaturas de condensação variam desde -18ºC até 0ºC, com
temperatura de condensação limite de operação em torno de +5ºC (em função da
pressão de projeto de 40 bar para os compressores de CO2 disponíveis no mercado).
Dotados de compressores semi-herméticos alternativos, para aplicações
subcríticas com o CO2 abrange 16 modelos de compressor desde 2,71 a 46,9 m³/h de
deslocamento. A potência frigorífica vai desde 4,8 kW até 86,5 kW a –35/-5ºC.
Figura 89 - Sistema Cascata com CO2/R-404A
A Figura 92 mostra um exemplo de aplicação em cascata para o uso com o
Dióxido de Carbono (R-744), no qual o mesmo é utilizado no sistema secundário para
média e baixa temperatura de evaporação. No sistema primário utilizado para condensar
o CO2, o fluido refrigerante poderá ser do tipo natural (R-290, R-717, etc.) ou sintético
(HFCs, por exemplo: R-134a, R-404A, etc.), porém em menor quantidade, pois estará
confinado somente no circuito que envolve o compressor, condensador e evaporador
(trocador de calor cascata).
Figura 90 – Ilustração dum equipamento de refrigeração R744/R717 – Cascata
(Vista Traseira)
75
Figura 91 – Ilustração dum equipamento de refrigeração R744/R717 – Cascata
(Vista Frontal)
Figura 92 – Equipamento de refrigeração R744/R717 - Cascata
Nota:
Dados obtidos de: Revista Nova técnica Editorial
6.5-Aplicações Industriais/comerciais
Sempre que o ambiente, as condições de trabalho, o produto ou o processo de
produção exigirem uma temperatura e umidade (baixa) constantes, a refrigeração pode
ser a solução mais adequada. Enquanto que no passado a refrigeração apenas se
revelava rentável em escritórios, lojas ou edifícios públicos, atualmente os sistemas
também podem ser utilizados permanentemente em empresas produtivas de grande
dimensão.
Figura 93 – Refrigeração em Shopping
76
6.5.1-Câmaras Frigoríficas
Uma câmara frigorífica (câmara fria) é composta basicamente por:
1) Modulo frigorífico: Painel frigorífico (portátil e desmontável) ou Alvenaria
(requer paredes/laje para fixar o isolamento térmico).
2) Porta frigorífica: Giratória, Correr, Guilhotina, entre outras.
3) Equipamento de refrigeração: Split system (remoto) ou Plug-in (fixado na
lateral da câmara).
4) Acessórios: Cortina, Pallet, Estantes, Estrado, entre outros.
Figura 94 – Exemplificação de uma câmara frigorífica
O equipamento de refrigeração permite selecionar a temperatura de trabalho (set
point) numa faixa entre +20C até - 45C.
Temperaturas inferiores a - 45°C podem ser atingidas mediante a utilização do
equipamento em sistema cascata (primeiro estágio refrigera o segundo estágio mantém a
temperatura da câmara dentro do pretendido).
Para temperaturas superiores a + 20C utiliza-se o equipamento para produção de
calor (banco de resistências), circulando o ar quente no compartimento e mantendo a
temperatura desejada.
A câmara fria atende a todas as aplicações, na versão standard basicamente para
produtos perecíveis, agregando os acessórios adequados será apropriada para aplicações
especiais, tais como:
- Câmara frigorífica para sementes (agrega desumidificador)
- Câmara frigorífica para amadurecimento artificial (agrega umidificador, rede de
etileno, boqueta exaustora),
- Câmara frigorífica para Ostras (agrega sistema de aspersão)
- Câmara frigorífica para ensaios climáticos (agrega refrigeração, aquecimento,
umidificador, registro gráfico).
77
6.5.1.1-Exemplos de câmaras frigoríficas e aplicações
Figura 95 - Resfriados, armazenagem de xarope
Figura 96 - Resfriados, World Courier, operador logística - farmacêuticos
Figura 97 – Resfriamento de alimentos
Nota:
Os dados técnicos e produtos obtidos acima são da TECTÉRMICA tecnologia Térmica
Ltda.
6.5.2-Túneis Lineares de Resfriamento
Presentes em vários segmentos de negócios, os túneis lineares de resfriamento
destacam-se sobretudo na indústria alimentícia, em linhas de chocolates, biscoitos e
classes similares de produtos, pois seu projeto permite uma fácil operação, limpeza e
manutenção, obedecendo sempre às mais severas normas sanitárias.
São construídos em robustas estruturas metálicas modulares (módulos de 2m
cada), sobre a qual é apoiado um duto hermético, construído em poliuretano expandido,
dividido internamente em duas câmaras onde ocorre o fluxo de ar de resfriamento e o
apoio da esteira transportadora de produtos. Em sua extensão os túneis são providos por
uma ou mais unidades frigoríficas cuja função é resfriar e insuflar o ar no interior do
duto, sistema projetado visando excelente controle de temperatura e umidade, associado
a um alto rendimento frigorífico.
78
Figura 98 – Exemplo de Túneis Lineares de Resfriamento
Figura 99 – Esquema do túnel de Resfriamento
(a) (b)
Figura 100 – Componentes do túnel de resfriamento, módulo (a) e Unidade Frigorífica
(b)
O comprimento, largura e capacidade frigorífica dos túneis estão relacionados
com o tipo de produto e produção desejada, dimensionados por projetos específicos para
cada caso. A tabela abaixo especifica alguns parâmetros.
6.5.3-Supermercado
Sistemas de refrigeração são comumente utilizados em supermercados, tanto
para o sistema de ar condicionado como para refrigeração/conserva de produtos.
O exemplo a seguir é do supermercado Wal-Mart, no bairro do Morumbi, na
capital paulista inaugurado em 28 de abril de 2009.
79
Figura 101 – Sistema de refrigeração (Supermercado Wal-Mart, bairro do Morumbi, na
capital paulista)
O sistema utiliza três chillers (figura 101), um para cada regime, baixa, média e
alta temperatura, com compressores semi-herméticos, condensadores a ar, evaporadores
do tipo placas e refrigerante primário R-507A. Cada chiller (figura 102)resfria um
fluido secundário compatível com sua temperatura de operação, nos congelados a
solução aquosa de tyfoxit 80% a -26ºC, nos refrigerados a solução aquosa de dowfrost -
propilenoglicol 25% a -4ºC, e ar condicionado água a +7ºC.
O sistema de ar condicionado é por meio de água gelada, com capacidade de
400 TR e atende as áreas administrativas e salão de vendas.
Comparando com sistemas de refrigeração convencionais, que utilizam R-22 em
expansão direta, a expectativa de redução no consumo de energia do sistema de
refrigeração da loja será de 12%.
Figura 102 – Unidade de refrigeração, Sistema chiller (racks house)
6.5.4-Shopping center
Uma alternativa a sistemas de refrigeração por compressão, são as de absorção
de calor, principalmente para grandes construções que demandam grande utilização da
refrigeração. Fato existente em shopping centers, onde a fim de reduzir a dependência
tanto do fornecimento de energia elétrica, quanto do gás natural estão sendo
implantadas unidades de cogeração.
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As instalações e dados deste exemplo são do estabelecimento Caxias Shopping,
no estado do Rio de Janeiro.
O shopping reúne um grupo gerador a gás natural, de 1,3 MW, e outro grupo
gerador de 725 kW, a diesel, paralelos com a rede da concessionária. Onde esta planta
atende 95% da demanda elétrica do Shopping e 100% da demanda térmica.
Figura 103 - Unidade de cogeração instalada e operada pela ECOGEN (Caxias
Shopping, Duque de Caxias - Rio de Janeiro)
A parte de climatização possui três equipamentos:
Chiller de 368 TRs que aproveita a energia térmica dos gases de espace do
motor de 1,3 MW; estes gases passam por uma caldeira de recuperação que
produz água quente e que, por sua vez, atende a demanda deste mesmo chiller;
Chiller, de queima direta de gás natural, tem capacidade de 500 TRs;
Chiller é elétrico, com capacidade de 300 TRs.
O regime de funcionamento dessa planta compreende o grupo gerador de
1,3 MW e o chiller de absorção a água quente funcionando na base, enquanto o
chiller de queima direta complementa a carga térmica necessária. No horário de
ponta, havendo necessidade, entra em funcionamento o motor a diesel de 725
kW a fim de suprir o pico de demanda; por questões de confiabilidade, eles
ainda recebem da concessionária 100 kW de potência a fim de ter o paralelismo
sincronizado, cobrindo uma eventual pane em qualquer um dos grupos
geradores.
Importante:
Como o sistema de controle é totalmente automático, a transferência da carga se
dá a qualquer momento de forma suave e imperceptível aos olhos dos usuários;
O chiller elétrico pode entrar em funcionamento para atender a carga térmica em
picos de consumo de fim de ano.
81
7-Conclusão
Através do estudo deste foi possível adquirimos e aprimoramos nossos
conhecimentos sobre os tipos e finalidades dos sistemas de refrigeração e os tipos
existentes para se chegar ao objetivo de refrigeração. Ao desenvolvermos este trabalho
ganhamos com as pesquisas e os estudos dos respectivos assuntos.
Ao termino podemos aprender boa parte dos sistemas e verificamos o quanto é
importante para residenciais, instalações industriais e o meio ambiente as funções dos
refrigerantes utilizados e a capacidade dos componentes devidos sua utilização a cada
tipo de ciclo de refrigeração.
Sendo assim este trabalho foi muito proveitoso para todo o nosso grupo, pois
adquirimos muitos conhecimentos até então pouco conhecidos na área.
82
7-Referências Bibliográficas
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00&sz=76&hl=pt-BR&start=5&itbs=1&tbnid=jVX6xEoGjP-waM:&tbnh=
90&tbnw=130&prev=/images%3Fq%3Dciclo%2Bde%2Babsor%25C3%25A7%25C3
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