Sistemas de Refrigeração

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


(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).


(Vista Traseira)

75


(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.

80

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

STOECKER, W.F. SAIZ JABARDO, J.M. Refrigeração Industrial. 2. edição. São

Paulo-SP: Editora Edgard Blucher LTDA, 2002. 384p.

Wikipédia, a enciclopédia livre. Refrigeração.

Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Refrigera%C3%A7%C3%A3o (Acesso em

07/02/2010).

Wikipédia, a enciclopédia livre. Refrigeração por absorção.

Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Refrigera%C3%A7%C3%A3o_por_absor

%C3%A7%C3%A3o (Acesso em 07/02/2010).

Portal da Refrigeração. Ciclo aberto x ciclo fechado de refrigeração.

Disponível em: http://www.refrigeracao.net/topicos/ciclo_refri.htm (acesso em

25/02/2010).

Wikipédia, a enciclopédia livre. TR.

Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/TR (acesso em 10/03/2010).

Emerson Climate Technologies. Retorno de Refrigerante Liquido.

Disponível em: http://www.emersonflowcontrols.com.br/telas2/pagina.asp?id=3&sub

=5&aa=25 acesso em (15/03/2010)

IFUS-AR Indústria Brasileira de Acessórios Técnicos LTDA. DAMPERS.

Disponível em: http://www.difusar.com.br/Dampers.htm (acesso em 15/03/2010).

Produção de frio com painéis solares.

Disponível em : http://hlagido.wordpress.com/2009/05/05/producao-de-frio-com-

paineis-solares/&usg=__qTlByH4qqT7VJ4111M8Rhotc1w8=&h=348&w=5

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

%25A3o%26hl%3Dpt-BR%26gbv%3D2%26tbs%3Disch:1 (Acesso em 21/03/2010)

ALVES, Miquéias Carlos Rodrigues. Refrigeração Industrial, 2007, 62p. Relatório de

Avaliação de Estágio. Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais –

CEFET-MG

JESUS Anastácio, Instituto federal de educação, ciência e tecnologia, Válvulas de

Expansão Termostática.

Disponível em: www.sj.cefetsc.edu.br/~jesue/Valvulas%20expansao.ppt (acesso em

22/03/2010)

OXICLIMA TermodinamicaLTDA. Produtos.

Disponível em:www.oxiclima.com.br/produtos.html (acesso em 22/03/2010)

Parker. Linha de refrigeração.

83

Disponível em: www.parker.com/literature/Brazil/Folheto_001_2_BR.pdf dia 15--2010

(acesso em 11/03/2010)

UOL. Como funcionam os compressores.

Disponivel em: http://carros.hsw.uol.com.br/supercompressores1.htm (acesso em

22/03/2010)

COLT. Refrigeração e ar condicionado.

Disponível em: http://www.colt-portugal.pt/produtos-e-sistemas/controlo-

climatico/refrigeracao-e-ar-condicionado/ (acesso em 22/03/2010)

Bandeirantes Refrigeração. Produtos.

Disponível em: http://www.bandeirantesrefrigeracao.com.br/produtos.html (acesso em

22/03/2010)

P. MENDES, Valdirson. Fluidos Refrigerantes, 13 p. Apostila da disciplina de

Controle térmico de Ambientes. Universidade Estadual do Maranhão.

JÚNIOR, Luiz Carlos Martinelli. Refrigeração, 2003, 134 p. Apostila do curso de

Engenharia Mecânica. UNIJUÍ - Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio

Grande do Sul.

Instituto federal de educação, ciência e tecnologia. Apostila de Refrigeração, Bahia,

2009, 26 p. Apostila do curso de refrigeração industrial.

PIRANI, Marcelo José. Refrigeração e ar condicionado, 244p. Apostila do curso de

Engenharia Mecânica DEM. UFBA – Universidade Federal da Bahia.

Ministério do Trabalho e Emprego. Refrigeração industrial por amônia: riscos,

segurança e auditoria fiscal, Brasília, 2005, 31p.

Eletrodomésticos Fórum. Refrigeração.

Disponivel em: http://www.eletrodomesticosforum.com/curso_fisica_na_refrigeracao1.

htm (acesso em 20/03/2010)

FRANÇA, Fernando, DE – FEM Unicamp. Controle Térmico de Ambientes.

Disponivel em: www.fem.unicamp.br/.../Ciclo_Refrigeracao_Refrigerantes.doc (acesso

em 20/03/2010)

COMGAS. GERAÇÃO E CO-GERAÇÃO DE ENERGIA COM GÁS NATURAL.

Disponível em: http://www.comgas.com.br/conheca_gasnatural/conheca/geracao.asp

acesso em (25/03/2010)

COGENRIO. Caxias Shopping.

Disponível em: http://www.cogenrio.com.br/Prod/Casos.aspx?Noticia=410 acesso em

(25/03/2010)

84

Revista e portal meio filtrante. Água de resfriamento, porquê mantê-la limpa?

Ano II, Edição n◦ 06 - julho/agosto/setembro de 2003

Disponível em: http://www.meiofiltrante.com.br/materias_ver.asp?action=detalhe&id=

72&revista=n06 acesso em (25/03/2010)

Bandeirantes Refrigeração .Sistemas Paralelos.

Disponível em: http://www.bandeirantesrefrigeracao.com.br/sistemasparalelos.html

acesso em (25/03/2010)

Sistemas de Refrigeração

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