Refrigeração I – Técnicas e Competências Ambientais – Bases e Fundamentos by Grupo Lidel

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29/05/15 29/05/15 29/05/15

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Arte Arte ArteRefrigeraç‹o Refrigeraç‹o Refrigeraç‹oI.pdf I.pdf I.pdf

Índice Geral Nota Testemunhal ..........................................................................................................

XXI

Agradecimentos .............................................................................................................

XXIII

Sobre o Autor .................................................................................................................

XXIV

Nota à 1.ª Edição ............................................................................................................

XXV

Como Utilizar esta Obra ..................................................................................................

XXVI

Abreviaturas e Acrónimos ............................................................................................. XXVII Simbologia de Refrigeração ............................................................................................ XXXII Símbolos e Grandezas .....................................................................................................XXXVIII

Capítulo I – Unidades, Grandezas e Propriedades 1 – SISTEMAS DE UNIDADES......................................................................................... 1.1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................... 1.2 – A EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE UNIDADES.................................................... 1.3 – O SISTEMA PORTUGUÊS DA QUALIDADE ........................................................ 1.3.1 – Organismos do Sistema .............................................................................. 1.3.2 – Metrologia .................................................................................................. 1.3.3 – Rastreabilidade e Calibração ...................................................................... 1.4 – O SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES ................................................... 1.4.1 – Unidades Básicas ........................................................................................ 1.4.2 – Definições das Unidades Básicas ................................................................ 1.4.3 – Unidades Derivadas .................................................................................... 1.4.4 – Arredondamentos ...................................................................................... 1.4.5 – Exemplos Práticos ...................................................................................... 2 – GRANDEZAS E PROPRIEDADES FÍSICAS ................................................................ 2.1 – FORÇA, PRESSÃO, TRABALHO, ENERGIA E POTÊNCIA .................................. 2.1.1 – Força .......................................................................................................... 2.1.2 – Massa, Volume e Massa Volúmica (Densidade) ........................................... 2.1.3 – Peso Específico............................................................................................ 2.1.4 – Caudal e Escoamento (Fluxo) ..................................................................... 2.1.5 – Velocidade, Número de Reynolds e Regime ............................................... 2.1.6 – Aceleração Linear e Aceleração da Gravidade ........................................... 2.1.7 – Pressão ....................................................................................................... 2.1.8 – Trabalho..................................................................................................... 2.1.9 – Energia ....................................................................................................... 2.1.10 – Energia Interna ........................................................................................ 2.1.11 – Potência ...................................................................................................

5 5 5 7 7 8 8 9 9 10 10 12 12 13 13 13 14 14 14 15 16 17 20 21 22 23

VIII

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

2.2 – TEMPERATURA E CALOR. TERMOMETRIA ...................................................... 2.2.1 – Temperatura .............................................................................................. 2.2.2 – Temperatura de Ebulição ou Saturação ..................................................... 2.2.3 – Sobreaquecimento ..................................................................................... 2.2.4 – Calor ........................................................................................................... 2.2.5 – Líquido e Vapor Saturado .......................................................................... 2.2.6 – Título .......................................................................................................... 2.3 – ENTALPIA E ENTROPIA .................................................................................... 2.3.1 – Entalpia ...................................................................................................... 2.3.2 – Entropia...................................................................................................... 3 – NOÇÕES DE TRANSMISSÃO DE CALOR .................................................................. 3.1 – SUBSTÂNCIAS, CARACTERÍSTICAS E MUDANÇAS DE FASE .......................... 3.1.1 – Estados da Matéria ..................................................................................... 3.1.2 – Mudanças de Fase ...................................................................................... 3.2 – MÉTODOS E TRANSMISSÃO DE CALOR ............................................................ 3.2.1 – Generalidades ............................................................................................. 3.2.2 – Transmissão por Condução ....................................................................... 3.2.3 – Transmissão por Convecção ...................................................................... 3.2.4 – Transmissão por Radiação ......................................................................... 3.3 – APLICAÇÕES PRÁTICAS.................................................................................... 3.3.1 – Coeficiente de Transmissão Térmica Global............................................... 3.3.2 – Analogia entre Fluxo de Calor e Fluxo Elétrico .......................................... 3.3.3 – Ganhos de Calor pela Envolvente em Câmaras Frigoríficas ....................... 3.3.4 – Diferença Média de Temperatura Logarítmica........................................... 4 – TERMODINÂMICA ELEMENTAR ............................................................................. 4.1 – CONCEITOS BÁSICOS ......................................................................................... 4.1.1 – Definições ................................................................................................... 4.1.2 – Primeira Lei da Termodinâmica................................................................. 4.1.3 – Segunda Lei da Termodinâmica................................................................. 4.1.4 – Lei de Boyle-Mariotte ................................................................................. 4.1.5 – Lei de Charles e Gay-Lussac ....................................................................... 4.1.6 – Lei de Dalton .............................................................................................. 4.2 – TRANSFORMAÇÕES EM SISTEMAS TERMODINÂMICOS ................................. 4.2.1 – Conceito de “Gás Ideal”. Lei Geral dos Gases .............................................. 4.2.2 – Transformações ou Processos para Gases Ideais ........................................ 4.2.3 – Diagramas de Fase ..................................................................................... 4.2.4 – Transformação Isobárica ........................................................................... 4.2.5 – Transformação Isocórica ou Isométrica .................................................... 4.2.6 – Transformação Isotérmica ......................................................................... 4.2.7 – Transformação Adiabática ........................................................................

24 24 26 27 27 31 32 32 32 35 36 36 36 37 39 39 39 42 43 45 45 47 49 51 53 53 53 54 55 57 58 59 61 61 62 62 63 65 67 68

Índice Geral

4.2.8 – Transformação Politrópica ........................................................................ 4.2.9 – Coeficiente de Expansão ou Compressão Politrópica ................................. 4.2.10 – Comparação entre Transformações. Ciclos ............................................. 4.2.11 – Relação entre Sistemas Termodinâmicos e Transformações ................... 5 – PSICROMETRIA DO AR ............................................................................................ 5.1 – COMPOSIÇÃO DO AR ......................................................................................... 5.2 – DEFINIÇÕES E CONCEITOS PSICROMÉTRICOS ................................................. 5.2.1 – Psicrometria ............................................................................................... 5.2.2 – Diagrama Psicrométrico ............................................................................ 5.2.3 – Temperatura de Bolbo Seco ....................................................................... 5.2.4 – Temperatura de Bolbo Húmido .................................................................. 5.2.5 – Diferença Psicrométrica ............................................................................. 5.2.6 – Humidade Específica .................................................................................. 5.2.7 – Humidade Relativa .................................................................................... 5.2.8 – Temperatura de “Ponto de Orvalho” ......................................................... 5.2.9 – Entalpia Específica do Ar ............................................................................ 5.3 – PROCESSOS DE CONDICIONAMENTO DO AR ................................................... 5.3.1 – Zonas Climáticas e Zona de Conforto ......................................................... 5.3.2 – Processos Psicrométricos ........................................................................... 5.3.3 – Aquecimento.............................................................................................. 5.3.4 – Humidificação ............................................................................................ 5.3.5 – Aquecimento com Humidificação.............................................................. 5.3.6 – Arrefecimento e Desumidificação .............................................................. 5.3.7 – Arrefecimento Evaporativo ........................................................................ 5.3.8 – Combinação de Processos com UTAN........................................................ 5.3.9 – Processos com Mistura de Ar. Módulo de Mistura ..................................... 5.3.10 – Processo de Climatização Completo ......................................................... 5.4 – CAUDAL DE AR .................................................................................................. 5.4.1 – Determinação da Secção da Conduta......................................................... 5.4.2 – Equação de Bernoulli ................................................................................. 5.4.3 – Importância da Equação de Bernoulli ........................................................

70 71 72 73 74 74 75 75 75 77 77 78 78 78 79 80 81 81 82 83 83 84 84 86 87 87 88 89 89 90 91

Capítulo II – Princípios, Bases e Fundamentos 1 – PRINCÍPIOS E BASES DA REFRIGERAÇÃO ............................................................. 1.1 – BREVE RESUMO HISTÓRICO ............................................................................. 1.2 – EVOLUÇÃO – ÉPOCAS ........................................................................................ 1.3 – CLASSIFICAÇÃO ................................................................................................ 1.3.1 – Sistemas de Refrigeração ........................................................................... 1.3.2 – Ciclos Frigoríficos ....................................................................................... 1.3.3 – Termologia ................................................................................................. 1.3.4 – Sistemas de Compressão e sua Aplicação ...................................................

97 97 99 100 100 103 104 104

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

2 – BASES E FUNDAMENTOS......................................................................................... 2.1 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO .................................................................... 2.1.1 – Descrição da Produção de Frio Artificial .................................................... 2.1.2 – Diagramas dos Fluidos Frigorigéneos ........................................................ 2.1.3 – Componentes do Circuito de Refrigeração ................................................. 2.2 – FUNÇÃO DOS PRINCIPAIS COMPONENTES ..................................................... 2.2.1 – O Evaporador ............................................................................................. 2.2.2 – O Compressor ............................................................................................. 2.2.3 – O Condensador ........................................................................................... 2.2.4 – O Expansor ................................................................................................. 2.2.5 – A Divisão em Alta e Baixa Pressão do Circuito .......................................... 3 – DIAGRAMA DE MOLLIER ........................................................................................ 3.1 – O DIAGRAMA ENTÁLPICO – Log p–h ................................................................ 3.1.1 – Particularidades ......................................................................................... 3.1.2 – Ciclo Teórico de Refrigeração ..................................................................... 3.1.3 – Ciclo Ideal de Refrigeração ......................................................................... 3.1.4 – Ciclo Real de Refrigeração .......................................................................... 3.1.5 – Circuitos Elementares ................................................................................ 3.2 – BALANÇO ENERGÉTICO .................................................................................... 3.2.1 – Simplificação das Condições de Análise e Funcionamento ........................ 3.2.2 – Capacidade Frigorífica Teórica do Sistema ................................................ 3.2.3 – Potência Teórica de Compressão................................................................ 3.2.4 – Capacidade Calorífica do Condensador ...................................................... 3.2.5 – Dispositivo de Expansão ............................................................................. 3.3 – ANÁLISE ENERGÉTICA ...................................................................................... 3.3.1 – Relação Entre o COP e o EER ...................................................................... 3.3.2 – Influência da Temperatura de Evaporação ................................................ 3.3.3 – Influência da Temperatura de Condensação ............................................. 3.3.4 – Influência do Subarrefecimento ................................................................. 3.3.5 – Influência do Sobreaquecimento ............................................................... 4 – SISTEMAS DE COMPRESSÃO DE VAPOR ................................................................ 4.1 – SISTEMA DE SIMPLES ESTÁGIO DE COMPRESSÃO .......................................... 4.1.1 – Sistema Individualizado ............................................................................. 4.1.2 – Sistema Individualizado. Câmaras Frigoríficas .......................................... 4.1.3 – Sistema Centralizado .................................................................................. 4.2 – SISTEMAS EM MULTIESTÁGIO .......................................................................... 4.2.1 – Métodos e Técnicas. Aplicações ................................................................. 4.2.2 – Estágios Diretos .......................................................................................... 4.2.3 – Estágios em Cascata ................................................................................... 4.2.4 – Compressores de Dois Andares................................................................... 4.2.5 – Vantagens Relativas à Compressão Simples ..............................................

106 106 106 107 108 108 108 109 110 111 112 114 114 114 115 116 118 120 122 122 122 124 125 125 127 127 128 129 130 132 135 135 135 136 137 143 143 144 149 150 152

Índice Geral

4.3 – SISTEMAS ESPECIAIS ........................................................................................ 5 – AVALIAÇÃO ............................................................................................................. 5.1 – METODOLOGIA .................................................................................................. 5.1.1 – Elaboração, Quantificação e Realização dos Testes ................................... 5.1.2 – Regras para a Elaboração dos Testes.......................................................... 5.1.3 – Regras para a Resolução de Cada Teste ..................................................... 5.1.4 – Correção ..................................................................................................... 5.2 – MODELO DE TESTE – CONTEÚDOS DOS CAPÍTULOS I E II ................................

153 154 154 154 154 155 155 155

Capítulo III – Circuitos Frigoríficos – Órgãos Principais 1 – COMPRESSORES ...................................................................................................... 1.1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................... 1.1.1 – Função no Sistema ..................................................................................... 1.1.2 – Classificação e Tipologia ............................................................................ 1.1.3 – Princípios de Funcionamento .................................................................... 1.1.4 – Vantagens e Desvantagens Relativas......................................................... 1.1.5 – Aplicações .................................................................................................. 1.2 – COMPRESSORES ALTERNATIVOS .................................................................... 1.2.1 – Aplicações e Tipologia ................................................................................ 1.2.2 – Rendimento Volumétrico. O Ciclo de Compressão ..................................... 1.2.3 – Taxa de Compressão .................................................................................. 1.2.4 – Potência do Compressor ............................................................................. 1.2.5 – Controlo da Capacidade ............................................................................. 1.3 – SELEÇÃO DO COMPRESSOR .............................................................................. 2 – PERMUTADORES DE CALOR ................................................................................... 2.1 – GENERALIDADES ............................................................................................... 2.2 – CONDENSADORES ............................................................................................. 2.2.1 – Funcionamento .......................................................................................... 2.2.2 – Classificação ............................................................................................... 2.2.3 – Particularidades e Aplicações .................................................................... 2.2.4 – Condensadores de Convecção Natural ....................................................... 2.2.5 – Condensadores de Convecção Forçada ...................................................... 2.2.6 – Condensadores a Água – Chillers ............................................................... 2.2.7 – Condensadores de Placas ........................................................................... 2.3 – TORRES DE ARREFECIMENTO........................................................................... 2.3.1 – Função ....................................................................................................... 2.3.2 – Funcionamento .......................................................................................... 2.3.3 – Classificação ............................................................................................... 2.4 – CONDENSADORES EVAPORATIVOS ................................................................. 2.5 – CONDENSADORES ESPECIAIS ........................................................................... 2.6 – DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE..................................................................

167 167 167 167 170 176 176 178 178 178 180 181 183 185 188 188 188 188 189 189 190 190 193 198 199 199 200 203 204 206 206

XII

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

2.6.1 – Primeira Lei da Termodinâmica................................................................. 2.6.2 – Condensadores de Ar Forçado.................................................................... 2.6.3 – Condensadores Multitubulares .................................................................. 2.6.4 – Condensadores Coaxiais (Tube-in-Tube)...................................................... 2.6.5 – Condensadores de Placas ........................................................................... 2.7 – DETERMINAÇÃO DO CAUDAL DE ÁGUA .......................................................... 2.7.1 – Determinação do Caudal de água .............................................................. 2.7.2 – Cálculo Expedito da Área do Condensador ................................................ 2.7.3 – Comparação entre Condensadores ............................................................ 2.8 – EVAPORADORES ............................................................................................... 2.8.1 – Funcionamento .......................................................................................... 2.8.2 – Aplicações dos Evaporadores ..................................................................... 2.8.3 – Classificação dos Evaporadores .................................................................. 2.8.4 – Evaporadores de Tubo Liso......................................................................... 2.8.5 – Evaporadores de Placas .............................................................................. 2.8.6 – Evaporadores de Tubo e Alhetas ................................................................ 2.8.7 – Arranjos Construtivos e Funcionais .......................................................... 2.8.9 – Aplicações Específicas ................................................................................ 2.8.10 – Vantagens e Desvantagens dos Evaporadores de Ar Forçado .................. 2.9 – CHILLERS ........................................................................................................... 2.9.1 – Serpentina e Carcaça ................................................................................. 2.9.2 – Tubo e Carcaça........................................................................................... 2.10 – EVAPORADORES ESPECIAIS ........................................................................... 2.10.1 – Evaporadores Acumuladores de Frio ....................................................... 2.10.2 – Placas Eutéticas ....................................................................................... 2.10.3 – “Bancos de Gelo”...................................................................................... 2.11 – DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DO EVAPORADOR ................................ 2.11.1 – Parâmetros que Condicionam o Desempenho ......................................... 2.11.2 – Analogia com os Condensadores ............................................................. 2.11.3 – Cálculo Expedito da Área do Evaporador ................................................. 2.11.4 – Comparação entre Evaporador e Arrefecedor (Chiller) ............................ 3 – EXPANSORES ........................................................................................................... 3.1 – GENERALIDADES ............................................................................................... 3.1.1 – Tipologia .................................................................................................... 3.1.2 – Funções ...................................................................................................... 3.2 – CAPILARES ........................................................................................................ 3.2.1 – Funcionamento .......................................................................................... 3.2.2 – Campo de Aplicação ................................................................................... 3.2.3 – Dimensionamento e Seleção ...................................................................... 3.2.4 – Técnicas de Instalação e Carregamento do Sistema .................................. 3.2.5 – Vantagens e Desvantagens dos Tubos Capilares ........................................

206 207 208 208 208 209 209 210 211 212 212 212 215 216 217 219 222 223 224 225 225 226 228 228 230 231 234 234 235 238 239 240 240 240 240 241 241 241 242 243 244

Índice Geral

XIII

3.3 – VÁLVULAS DE EXPANSÃO TERMOSTÁTICA ................................................... 3.3.1 – Funcionamento .......................................................................................... 3.3.2 – Campo de Aplicação ................................................................................... 3.3.3 – Dimensionamento e Seleção ...................................................................... 3.3.4 – Técnicas de Instalação ............................................................................... 3.3.5 – Vantagens e Desvantagens das VET .......................................................... 3.4 – VÁLVULA DE EXPANSÃO AUTOMÁTICA ......................................................... 3.5 – VÁLVULAS DE BOIA .......................................................................................... 3.6 – VÁLVULAS DE EXPANSÃO ELETRÓNICA ......................................................... 3.6.1 – Funcionamento .......................................................................................... 3.6.2 – Campo de Aplicação ................................................................................... 3.6.3 – Dimensionamento e Seleção ...................................................................... 3.6.4 – Técnicas de Instalação ............................................................................... 3.6.5 – Vantagens e Desvantagens das VEE ...........................................................

244 244 250 251 252 254 254 254 256 256 257 258 258 259

Capítulo IV – Circuitos Frigoríficos – Dispositivos e Componentes 1 – CIRCUITOS INDIVIDUALIZADOS............................................................................. 1.1 – METODOLOGIA .................................................................................................. 1.2 – CIRCUITO DE PEQUENA CAPACIDADE ............................................................. 1.2.1 – Representação e Esquema .......................................................................... 1.2.2 – Depósito, Reservatório ou Recipiente de Líquido ....................................... 1.2.3 – Válvula de Corte Manual ........................................................................... 1.2.4 – Filtro de Líquido, Desidratador e Secador ................................................... 1.2.5 – Visor ou Indicador de Líquido e Humidade ................................................ 1.2.6 – Válvula de Solenoide .................................................................................. 1.3 – CIRCUITO DE MÉDIA CAPACIDADE .................................................................. 1.3.1 – Representação e Esquema .......................................................................... 1.3.2 – Separador de Óleo ...................................................................................... 1.3.3 – Válvula Unidirecional ou de Retenção ....................................................... 1.3.4 – Eliminador de Vibrações ............................................................................ 1.3.5 – Válvula de Segurança ................................................................................ 1.3.6 – Filtro de Óleo .............................................................................................. 1.3.7 – Trocador de Calor....................................................................................... 1.3.8 – Válvulas de Passagem Rotalock .................................................................. 1.3.9 – Válvulas de Bola de Dimensões Reduzidas ................................................. 1.3.10 – Outros Componentes de Linha ................................................................. 1.4 – CIRCUITO DE GRANDE CAPACIDADE .............................................................. 1.4.1 – Representação e Esquema .......................................................................... 1.4.2 – Separador de Aspiração – Secador de Líquido............................................ 1.4.3 – Filtro Mecânico Y ....................................................................................... 1.4.4 – Silenciador .................................................................................................

265 265 266 266 267 269 271 275 278 283 283 285 290 294 296 300 302 305 307 307 308 308 309 311 313

XIV

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

1.4.5 – Válvula de Controlo da Pressão de Aspiração ............................................ 2 – CIRCUITOS CENTRALIZADOS ................................................................................. 2.1 – CIRCUITO DE MÉDIA TEMPERATURA ............................................................. 2.1.1 – Introdução ................................................................................................. 2.1.2 – Representação Esquemática – Compressores Herméticos.......................... 2.1.3 – Vantagens da Central com Compressores Herméticos ............................... 2.2 – CIRCUITO DE BAIXA TEMPERATURA ............................................................. 2.2.1 – Representação Esquemática – Compressores Semi-Herméticos ................ 2.2.2 – Vantagens da Central com Compressores Semi-Herméticos ...................... 2.3 – CIRCUITO MISTO ............................................................................................... 2.3.1 – Representação Esquemática ...................................................................... 2.3.2 – Vantagens do Circuito Misto ...................................................................... 2.3.3 – Desvantagens do Circuito Misto ................................................................. 3 – CIRCUITOS EM MULTIPRESSÃO.............................................................................. 3.1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................... 3.2 – VANTAGENS DOS CIRCUITOS EM MULTIPRESSÃO ......................................... 3.3 – COMPONENTES DA INSTALAÇÃO .................................................................... 3.3.1 – Separador de Líquido ................................................................................. 3.3.2 – Separador-Arrefecedor de Líquido ............................................................. 3.3.3 – Componentes e Dispositivos de Corte e Regulação .....................................

313 315 315 315 316 317 317 317 319 319 319 321 321 322 322 323 324 324 324 325

Capítulo V – Tubagens e Processos de Interligação Mecânica 1 – MATERIAIS PARA TUBAGENS................................................................................ 1.1 – TUBAGEM DE COBRE ......................................................................................... 1.1.1 – Identificação e Normalização ..................................................................... 1.1.2 – Características Técnicas e Dimensões ........................................................ 1.2 – ACESSÓRIOS DE COBRE E SUAS LIGAS ............................................................. 1.2.1 – Gamas Normalizadas ................................................................................. 1.2.2 – Procedimentos e Aplicações Práticas Gerais .............................................. 1.3 – TUBAGEM DE AÇO CARBONO ........................................................................... 1.3.1 – Identificação, Gamas e Normalização ........................................................ 1.3.2 – Dimensões e Características Técnicas ........................................................ 1.4 – ACESSÓRIOS DE AÇO E SUAS LIGAS ................................................................. 1.4.1 – Roscados e de Soldar .................................................................................. 1.4.2 – Uniões Flangeadas ..................................................................................... 1.4.3 – Procedimentos e Aplicações Práticas Gerais .............................................. 1.5 – AÇO INOX ........................................................................................................... 1.5.1 – Identificação e Normalização ..................................................................... 1.5.2 – Dimensões e Características Técnicas ........................................................ 1.5.3 – Procedimentos e Aplicações Práticas Gerais .............................................. 2 – DIMENSIONAMENTO...............................................................................................

331 331 331 331 334 334 335 335 335 337 338 338 343 343 345 345 346 346 347

Índice Geral

2.1 – TUBAGEM DE COBRE ......................................................................................... 2.1.1 – Técnicas e Condicionantes ......................................................................... 2.1.2 – Checklist da Instalação ............................................................................... 2.2 – CIRCUITOS DE REFRIGERAÇÃO ........................................................................ 2.2.1 – Regras Gerais de Instalação ....................................................................... 2.2.2 – Linha de Descarga ...................................................................................... 2.2.3 – Linha de Líquido......................................................................................... 2.2.4 – Linha de Aspiração .................................................................................... 2.2.5 – Linha de Gás Quente – Hot Gas Bypass ....................................................... 2.2.6 – Linha de Óleo ............................................................................................. 2.2.7 – Linha de Condensados ............................................................................... 2.3 – ISOLAMENTO ..................................................................................................... 2.3.1 – Funções ...................................................................................................... 2.3.2 – Obrigatoriedade de Aplicação do Isolamento............................................. 2.3.3 – Materiais e Apresentação ........................................................................... 2.3.4 – Determinação da Espessura ....................................................................... 2.4 – TEMPERATURA VERSUS PERDA DE CARGA ................................................... 2.5 – COMPRIMENTO EQUIVALENTE ........................................................................ 3 –TÉCNICAS E PROCEDIMENTOS ................................................................................ 3.1 – FERRAMENTAS, MÁQUINAS E APARELHOS ................................................... 3.1.1 – Ferramentas Manuais ................................................................................ 3.1.2 – Máquinas e Ferramentas Elétricas ............................................................. 3.1.3 – Aparelhos e Instrumentação de Medição e Inspeção ................................. 3.1.4 – Ferramentas e Equipamentos Especiais ..................................................... 3.2 – OPERAÇÕES BÁSICAS ....................................................................................... 3.2.1 – Procedimentos Gerais em Tubagem de Cobre ............................................ 3.2.2 – Técnicas e Práticas em Tubos de Cobre ...................................................... 3.2.3 – Alinhar ....................................................................................................... 3.2.4 – Cortar ......................................................................................................... 3.2.5 – Escariar ...................................................................................................... 3.2.6 – Alargar/Expandir ....................................................................................... 3.2.7 – Abocardar .................................................................................................. 3.2.8 – Curvar e Dobrar ......................................................................................... 4 – SOLDADURA ............................................................................................................ 4.1 – TIPOLOGIA E CLASSIFICAÇÃO ......................................................................... 4.1.1 – Introdução ................................................................................................. 4.1.2 – Classificação ............................................................................................... 4.1.3 – Soldadura Oxigás versus Soldadura Oxiacetilénica .................................... 4.1.4 – Características do Oxigénio (O2)................................................................. 4.1.5 – Características do Acetileno (C2H2) ............................................................ 4.1.6 – Características do Propano (C3H8) e do Butano (C4H10) .............................

347 347 348 349 349 350 352 353 358 362 364 365 365 365 365 365 366 367 368 368 368 371 372 373 375 375 377 378 379 379 380 381 382 384 384 384 384 385 386 386 386

XVI

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

4.2 – POSTOS DE SOLDADURA ................................................................................... 4.2.1 – Configuração.............................................................................................. 4.2.2 – O Maçarico ................................................................................................. 4.2.3 – Os Manorredutores .................................................................................... 4.2.4 – O Comportamento da Chama – Regulação e Temperaturas ...................... 4.2.5 – Postos Portáteis de Soldadura .................................................................... 4.3 – REQUISITOS PARA EFETUAR A BRASAGEM .................................................... 4.3.1 – Organização Local e Limpeza das Tubagens .............................................. 4.3.2 – Folgas e Comprimento entre Tubagens...................................................... 4.3.3 – Importância do Pré-Aquecimento ............................................................. 4.4 – PROCEDIMENTOS NA BRASAGEM COBRE-A-COBRE ...................................... 4.4.1 – Considerações Prévias ................................................................................ 4.4.2 – Pré-Aquecimento ....................................................................................... 4.4.3 – Aquecimento.............................................................................................. 4.4.5 – Brasagem ................................................................................................... 4.4.6 – Acabamento ............................................................................................... 4.5 – O EFEITO DE CAPILARIDADE ............................................................................ 4.6 – BRASAGEM A TUBO DE AÇO COBREADO A COBRE ......................................... 4.7 – PRÁTICAS DE BRASAGEM ................................................................................ 4.7.1 – Iniciação – Prática Simulada ..................................................................... 4.7.2 – Operações Prévias ...................................................................................... 4.7.3 – Exercícios Mais Comuns ............................................................................. 4.7.4 – Cuidados a Ter Durante a Brasagem .......................................................... 4.7.5 – Defeitos e Falhas Mais Comuns na Brasagem ............................................ 4.7.6 – Prática Simulada Oficinal .......................................................................... 4.8 – NORMAS DE HIGIENE SAÚDE E SEGURANÇA .................................................. 4.8.1 – Normas Gerais de Utilização e Manobra .................................................... 4.8.2 – Regras de Higiene e Saúde no Trabalho ..................................................... 4.8.3 – Segurança no Manuseio de Garrafas ......................................................... 5 – INSTALAÇÃO DE TUBAGENS .................................................................................. 5.1 – REGRAS E REQUISITOS GERAIS ........................................................................ 5.1.1 – Generalidades ............................................................................................. 5.1.2 – Ligações aos Equipamentos........................................................................ 5.1.3 – Montagem de Acessórios ........................................................................... 5.1.4 – Suspensão das Tubagens ........................................................................... 5.1.5 – Fixação das Tubagens ................................................................................ 5.1.6 – Acesso às Tubagens e Ancoramento.......................................................... 5.1.7 – Proteção contra Dilatações ........................................................................ 5.1.8 – Atravessamento de Paredes e Lajes............................................................ 5.1.9 – Limpeza Interior e Exterior ......................................................................... 5.1.10 – Ensaios .....................................................................................................

387 387 387 388 389 390 391 391 391 392 393 393 393 393 394 394 395 395 396 396 396 397 399 400 401 402 402 403 403 404 404 404 405 406 406 406 407 407 408 408 408

Índice Geral

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5.2 – ISOLAMENTOS ................................................................................................... 5.2.1 – Circuitos de Refrigeração e Climatização por Expansão Direta .................. 5.2.2 – Circuitos de Refrigeração e Climatização por Circulação Indireta ............. 5.2.3 – Características Gerais dos Isolamentos e Revestimentos ........................... 5.3 – OUTRAS REDES DE TUBAGENS ......................................................................... 5.3.1 – Rede de Alimentação de Água de Enchimento e Compensação................. 5.3.2 – Rede de Esgotos e Condensados ................................................................. 5.4 – PREVENÇÃO DA LEGIONELLA .......................................................................... 5.5 – EXERCÍCIOS DE PRÁTICA SIMULADA COM TUBAGENS .................................. 5.5.1 – Brasagem em Atmosfera de Azoto ............................................................. 5.5.2 – Abocardamento de Ramais com Rigor Dimensional .................................

409 409 409 409 413 413 413 413 414 414 414

Capítulo VI – Fluidos Frigorigéneos e Óleos 1 – FLUIDOS FRIGORIGÉNEOS....................................................................................... 1.1 – GENERALIDADES ............................................................................................... 1.1.1 – Fluido Refrigerante ou Fluido Frigorigéneo? .............................................. 1.1.2 – Problemática Associada ............................................................................. 1.1.3 – Calendarização sobre o Uso de Frigorigéneos ............................................ 1.1.4 – Os Protocolos de Montreal e Quioto ........................................................... 1.2 – CLASSIFICAÇÃO ................................................................................................ 1.2.1 – Quanto à Natureza ..................................................................................... 1.2.2 – Quanto à Segurança .................................................................................. 1.2.3 – Quanto à Composição ................................................................................ 1.2.4 – Quanto à Pressão de Serviço ...................................................................... 1.2.5 – Quanto ao Circuito em que Circulam......................................................... 1.3 – IDENTIFICAÇÃO E PROPRIEDADES .................................................................. 1.3.1 – Nomenclatura da ASHRAE ........................................................................ 1.3.2 – Cores do Vasilhame .................................................................................... 1.3.3 – Aplicações – Guia Geral ............................................................................. 1.3.4 – Propriedades do Fluido Frigorigéneo Ideal ................................................. 1.3.5 – Substituição de Fluidos – Guia Simplificado............................................... 1.3.6 – Parâmetros Climáticos e o Efeito de Estufa ................................................. 1.3.7 – Propriedades dos Fluidos Frigorigéneos ..................................................... 1.4 – CRITÉRIOS DE ESCOLHA DO FLUIDO ................................................................ 1.4.1 – Situação Atual e Tendências ...................................................................... 1.4.2 – Seleção do Fluido para uma Instalação ...................................................... 1.4.3 – Fluidos Primários e Secundários ................................................................ 1.4.4 – Fluidos Criogénicos .................................................................................... 1.4.5 – Campos de Aplicações. Possíveis Cenários ................................................. 1.5 – CARGA DOS SISTEMAS ..................................................................................... 1.5.1 – Introdução .................................................................................................

419 419 419 419 420 421 422 422 422 423 423 424 424 424 427 428 429 430 431 433 436 436 437 437 438 439 441 441

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Refrigeração I – Bases e Fundamentos

1.5.2 – Limitações à Carga de Fluido ..................................................................... 2 – FLUIDOS NATURAIS ................................................................................................ 2.1 – CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES COM CO2 .................................................. 2.1.1 – Breve Historial............................................................................................ 2.1.2 – Propriedades e Características do CO2 ........................................................ 2.1.3 – Ciclos que Usam o CO2 Como Fluido Frigorigéneo ..................................... 2.1.4 – Características dos Componentes para CO2 ............................................... 2.1.5 – Sistema Híbrido de Dois Estágios ................................................................ 2.1.6 – Composição do TEWI ................................................................................. 2.2 – CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES COM AMONÍACO (NH3) .......................... 2.2.1 – Breve Historial............................................................................................ 2.2.2 – Sistema em Cascata – NH3/CO2 .................................................................. 2.3 – TENDÊNCIAS ...................................................................................................... 3 – ÓLEOS E LUBRIFICANTES ........................................................................................ 3.1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................... 3.1.1 – Definição e Função ..................................................................................... 3.1.2 – Tipos de Lubrificação ................................................................................. 3.1.3 – Função da Lubrificação .............................................................................. 3.2 – PROPRIEDADES DOS ÓLEOS PARA REFRIGERAÇÃO ....................................... 3.2.1 – Caraterização das Propriedades ................................................................. 3.2.2 – Aditivos e Potenciadores de Lubrificação ................................................... 3.3 – CLASSIFICAÇÃO DOS ÓLEOS ............................................................................. 3.3.1 – Óleos Minerais ............................................................................................ 3.3.2 – Óleos Sintéticos .......................................................................................... 3.4 – SELEÇÃO DOS ÓLEOS PARA COMPRESSORES .................................................. 3.4.1 – Óleos em Aplicações-Tipo .......................................................................... 3.4.2 – Escolha do Óleo em Função do Frigorigéneo.............................................. 3.5 – PRINCIPAIS PROBLEMAS COM O ÓLEO LUBRIFICANTE ................................. 3.5.1 – Quantidade de Óleo Insuficiente ................................................................ 3.5.2 – Excesso de Óleo em Circulação ................................................................... 3.6 – REGRAS PARA ARMAZENAGEM DE ÓLEOS ..................................................... 4 – PROBLEMAS AMBIENTAIS ...................................................................................... 4.1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................... 4.2 – CONTENÇÃO E CONFINAMENTO DOS FLUÍDOS FRIGORIGÉNEOS .................. 4.2.1– Introdução .................................................................................................. 4.2.2 – Questões de Natureza Ambiental ............................................................... 4.2.3 – Questões de Natureza Técnica e Procedimentos de Reconversão .............. 4.2.4 – Questões Relativas à Deteção e Reparação de Fugas ................................. 4.3 – O REGULAMENTO F-GAS ................................................................................... 4.3.1 – Baralhar e Tornar a Dar ............................................................................. 4.3.2 – Organização: Etapas, Meta e Calendarização .............................................

441 443 443 443 445 446 447 448 449 450 450 451 453 454 454 454 454 455 455 455 456 456 456 457 457 457 458 459 459 460 460 462 462 462 462 462 463 464 465 465 466

Índice Geral

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Capítulo VII – Regulação e Controlo 1 – DISPOSITIVOS DE REGULAÇÃO E CONTROLO ....................................................... 1.1 – INTRODUÇÃO .................................................................................................... 1.2 – TERMÓSTATOS .................................................................................................. 1.2.1 – Função ....................................................................................................... 1.2.2 – Classificação e Gamas ................................................................................ 1.3 – CONTROLADORES ............................................................................................. 1.3.1 – Funções ...................................................................................................... 1.3.2 – Caracterização ........................................................................................... 1.3.3 – Regulação .................................................................................................. 1.4 – PRESSÓSTATOS ................................................................................................. 1.4.1 – Função ....................................................................................................... 1.4.2 – Classificação e Gamas ................................................................................ 1.4.3 – Regulação .................................................................................................. 1.4.4 – Funcionamento em Ciclo Pump Down ........................................................ 1.4.5 – Funcionamento em Regulação Combinada ............................................... 1.4.6 – Utilização de Pressóstatos Eletromecânicos ............................................... 1.5 – VÁLVULAS DE REGULAÇÃO.............................................................................. 1.5.1 – Introdução ................................................................................................. 1.5.2 – Válvulas de Regulação da Pressão ............................................................. 1.5.3 – Regulação da Capacidade .......................................................................... 1.5.4 – Descongelação por Gás Quente .................................................................. 1.5.5 – Descongelação por Evaporadores Múltiplos............................................... 1.5.6 – Descongelação por Ciclo Inverso................................................................ 1.5.7 – Dimensionamento das Válvulas para Descongelação por Gás Quente ...... 1.5.8 – Outros Métodos de Descongelação ............................................................. 1.5.9 – Controlo da Capacidade do Compressor ..................................................... 1.5.10 – Vantagens dos Conversores ..................................................................... 1.6 – REGULAÇÃO DE LÍQUIDOS EM CIRCUITOS ...................................................... 1.6.1 – Introdução ................................................................................................. 1.6.2 – Válvulas para Circuitos de Água ................................................................ 1.6.3 – Válvula de Redução de Pressão .................................................................. 1.6.4 – Válvula de Regulação e Equilíbrio de Caudal ............................................. 1.6.5 – Válvulas Servomotorizadas ........................................................................ 1.6.6 – Caudalímetros ............................................................................................ 1.7 – SONDAS E SENSORES ........................................................................................ 1.7.1 – Introdução ................................................................................................. 1.7.2 – Sondas de Temperatura ............................................................................. 2 – TRANSPORTE DE LÍQUIDOS .................................................................................... 2.1 – BOMBAS DE LÍQUIDOS ....................................................................................... 2.1.1 – Bomba Centrífuga. Função ........................................................................

471 471 472 472 473 477 477 477 480 483 483 483 489 491 494 495 495 495 497 501 505 507 509 510 510 514 516 516 516 517 519 519 520 524 524 524 526 534 534 534

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

2.1.2 – Constituição e Características .................................................................... 2.1.3 – Classificação e Gamas ................................................................................ 2.2 – APLICAÇÕES-TIPO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS .............................................. 2.2.1 – Descrição Geral .......................................................................................... 2.2.2 – Circuladores ............................................................................................... 2.2.3 – Bombas Centrífugas Monocelulares........................................................... 2.2.4 – Bombas Centrífugas Multicelulares Verticais ............................................ 2.2.5 – Bombas de Drenagem ................................................................................ 2.2.6 – Associação de Bombas ............................................................................... 2.2.7 – Seleção de Bombas ..................................................................................... 2.2.8 – Problemas das Bombas .............................................................................. 3 – MOVIMENTAÇÃO DE AR ......................................................................................... 3.1 – VENTILADORES ................................................................................................. 3.1.1 – Função do Ventilador ................................................................................. 3.1.2 – Constituição e Características .................................................................... 3.1.3 – A Curva Característica ............................................................................... 3.1.4 – As Leis dos Ventiladores ............................................................................. 3.1.5 – Classificação e Gamas ................................................................................ 3.2 – APLICAÇÕES-TIPO DE VENTILADORES ............................................................ 3.2.1 – Condensadores a Ar Forçado ..................................................................... 3.2.2 – Condensadores Evaporativos e Torres de Evaporação ............................... 3.2.3 – Evaporadores a Ar Forçado ........................................................................ 3.3 – NOTAS FINAIS DESTE VOLUME ........................................................................

535 544 549 549 549 551 551 552 552 555 557 558 558 558 559 561 564 566 567 567 569 569 570

ÍNDICE DE QUADROS E TABELAS ................................................................................. ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................... GLOSSÁRIO DE TERMOS CORRESPONDENTES EM PORTUGUÊS EUROPEU E PORTUGUÊS DO BRASIL ............................................................................................. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................... WEBGRAFIA .................................................................................................................. ÍNDICE REMISSIVO ........................................................................................................

571 573 583 585 586 593

Nota Testemunhal Trabalho há mais de 37 anos no sector da Refrigeração, seja como projetista, seja como instalador e fabricante de equipamento. Há mais de 30 anos que estou ligado à Centauro ® enquanto Diretor Técnico, um fabricante português que desde 1980 concebe, desenvolve, fabrica e coloca no mercado nacional e estrangeiro equipamento frigorífico para frio comercial e industrial. Enquanto OEM (Original Equipment Manufacturer), a ligação da Centauro® a outros OEM começa nos gabinetes de desenvolvimento de produtos, passa pela apresentação de protótipos para validação, muitas vezes conjunta, do desempenho do protótipo no equipamento final e termina no fornecimento regular do mesmo para as linhas de montagem. Foi como Engenheiro de um OEM de Coimbra, a Frio Real®, que em 1982 conheci pessoal e profissionalmente o Eng.º Victor Monteiro. Apesar da nossa empresa estar a dar os primeiros passos enquanto fabricante nacional com tecnologia própria, senti que da parte do Eng.º Victor Monteiro existia, por um lado, uma enorme vontade de potenciar a aquisição de equipamento português a portugueses e, por outro, uma capacidade pouco vulgar à data, e ainda hoje, de partilhar conhecimentos e experiências com um fornecedor. Em conjunto, desenvolvemos muitas soluções inovadoras àquela data e criámos uma recíproca admiração, respeito e amizade pessoal que se mantém ainda hoje. Na década de 80, num país que vivia a euforia do dinheiro fácil/importações, optar por um fabricante nacional em detrimento de grandes fabricantes estrangeiros não era normal, pois resultava mais cómodo para um fabricante ou um engenheiro de frio comprar a solução feita lá fora, numa empresa de “renome”!

“O que é nacional é bom” e o “Fabricado em Portugal” foram conceitos e “marcas” que acabaram por se impor por mérito próprio graças aos fabricantes e técnicos portugueses que apostaram na valorização e afirmação das suas capacidades de gestão e técnicas, pelo que creio não ser um abuso de confiança referir que a Centauro® e os seus colaboradores cresceram lado a lado com o Eng.º Victor Monteiro, que, entretanto, alargou a sua área de atuação à instalação e projeto de equipamento e sistemas frigoríficos entre outras áreas técnicas. Quando o Eng.º Victor Monteiro se dedicou ao Ensino Técnico na Escola Secundária de Avelar Brotero, quis e soube levar a sua forma de estar na indústria. Ao contrário de estagnar e viver do que tinha aprendido, continuou a abrir caminhos em novas áreas do conhecimento, a estudar, a investigar e a manter a mesma ânsia por aprender mais, que lhe tinha conhecido na década de 80. Naturalmente, e por mérito próprio, passou a ser escolhido para consultor e perito técnico em casos que requeriam verdadeira competência técnica e profissional. Apesar do sucesso pessoal, nunca deixou de visitar os fabricantes com quem “cresceu profissionalmente”, nos quais se conta a Centauro®, e seja como Professor seja como Consultor ou Perito nunca deixou de ser um dos mais atentos e interventivos visitantes da nossa Empresa, de tal forma que no final sentíamos que, para além da amizade sincera que nos unia, também nós tínhamos aprendido algo ou tínhamos ser desafiados e incentivados para evoluir no conhecimento e nas possíveis áreas de intervenção. Profundo conhecedor das normativas que se aplicam ao sector, há sempre tempo nas suas visitas para avaliarmos em conjunto o “estado da arte” na

XXII

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

Refrigeração e a bondade ou aplicabilidade de certos projetos de norma, em cuja elaboração o colega Victor Monteiro colabora. É, pois, com sentida alegria e profunda admiração que tomo conhecimento de mais um desafio ganho pelo meu colega Victor Monteiro, ao ter a humildade e a coragem de “verter” todo o seu conhecimento e “saber como fazer” num livro que não tenho dúvidas será um documento de referência para o ensino da “arte da Refrigeração” e de apoio a todos quanto exercem a sua atividade profissional no setor da Refrigeração, tal é o âmbito de mais este seu trabalho. Desejo as maiores felicidades pessoais e profissionais e estou certo que, apesar de mais este sucesso anunciado, poderemos continuar a contar com o contributo do Eng.º Victor Monteiro para o enriquecimento e valorização do setor de Refrigeração e de todos os técnicos que nele desenvolvem a sua carreira profissional. Por tudo, parabéns e muito obrigado. Castelo Branco, 9 de dezembro de 2014 António José Caldeira Miranda Granjeia Eng.º Especialista em Refrigeração (Ordem dos Engenheiros)

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

4.2.2 – TRANSFORMAÇÕES OU PROCESSOS PARA GASES IDEAIS Quando um gás passa de uma condição inicial (estado inicial) para outra condição final (estado final), diz-se que sofre uma transformação. A mudança de condição pode ser de um número infinito de formas, mas para o estudo da Refrigeração importam apenas cinco formas a que se chamam transformações ou processos: • Isobárica → pressão constante (p = constante); • Isocórica ou isométrica → volume constante (V = constante); • Isotérmica → temperatura constante (T = constante); • Adiabática → calor constante (Q = constante). Não existem trocas de calor; • Politrópica → processo intermédio entre isotérmico e adiabático.

4.2.3 – DIAGRAMAS DE FASE São gráficos que mostram as condições de equilíbrio entre as fases distintas, sob o ponto de vista termodinâmico. As componentes comuns de um diagrama de fase são as linhas de equilíbrio ou contornos de fase, as quais se referem a linhas que marcam condições sob as quais múltiplas fases podem coexistir em equilíbrio. Também podem ocorrer transições de fase ao longo das linhas de equilíbrio. No estudo destes diagramas, e sob os pontos de vista prático e termodinâmico, apenas interessam as propriedades dos estados inicial e final do gás. Os fenómenos que ocorrem ao longo da transformação não têm interesse para o estudo da Refrigeração.

Figura I.36 – Diagrama de Fase em 2D e 3D

Unidades, Grandezas e Propriedades

Chamam-se pontos triplos, nos diagramas de fases, aos pontos onde as linhas de equilíbrio se intersetam. Pontos triplos marcam condições nas quais três fases diferentes podem coexistir. Tome-se o exemplo da água: o diagrama de fase da água possui um ponto triplo correspondendo à única temperatura e pressão na qual a água se encontra, simultaneamente, no estado sólido, líquida e gasoso (vapor). Os diagramas de fase podem apresentar-se em 2D e 3D, como se mostra na figura I.36, e ambas mostram o ponto triplo da água. Significa que a 0,006 atm e à temperatura de 0,01 ºC a água encontra-se, simultaneamente, nos estados sólido, líquido e gasoso. Uma grande vantagem do diagrama (p–V) é a possibilidade de determinar, de um modo gráfico e analítico, o trabalho (W) realizado por cada transformação. Na verdade, é por causa da visualização da realização de trabalho que este diagrama se reveste de importância acrescida no estudo da Refrigeração, com a utilização das propriedades termodinâmicas de um gás, também designadas por coordenadas termodinâmicas, nomeadamente a pressão, o volume e a temperatura (p V T).

Além destas (p V T), outras propriedades dos gases úteis para a resolução de problemas encontram-se na tabela I.2. Tabela I.2 – Valores de Propriedades dos Gases Mais Comuns

UNIDADES SI(a)

GÁS cP

1 000

711

1,41

287

Amónia

2127

1670

1,27

487

871

678

1,28

189

14 277

10 132

1,41

4 124

1 022

424

1,41

297

Oxigénio

913

653

1,40

260

Propano(b)

74,3

65,4

1,89

188

100,6

91,1

2,54

143

35,5

27,4

0,678

518

Dióxido de carbono Hidrogénio Azoto

Butano(b) (b)

GN (metano) (a)

Valores de cp, cv e R em J/kg•K

(b)

Valores de Cv e Cp em J/(mol•K)

4.2.4 – TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA Diz-se que a transformação é isobárica, quando um gás é submetido a uma modificação de um estado inicial (índice 1) para um outro estado final (índice 2) a pressão constante.

106

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

2 – BASES E FUNDAMENTOS 2.1 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 2.1.1 – DESCRIÇÃO DA PRODUÇÃO DE FRIO ARTIFICIAL A produção de frio artificial baseia-se no princípio físico segundo o qual todo o fenómeno de evaporação é acompanhado pela dissipação de calor. Assim, será necessário construir um sistema baseado neste mesmo princípio que funcione continuamente, isto é, em circuito fechado, que extraia o calor de um determinado recinto hermeticamente fechado, como mostra a figura II.13.

Figura II.13 – Circuito Frigorífico Comercial

Um líquido em alta pressão é injetado no evaporador através do expansor (tubo capilar). A pressão baixa bastante, o líquido expande-se e evapora. Esta evaporação é acompanhada de uma grande dissipação de calor (absorção), que se transmite ao gás durante a evaporação e vai sendo “aspirado” pelo compressor. Neste, o gás é, de novo, fortemente comprimido, elevando-se ainda mais a sua temperatura e sendo “empurrado” para o condensador. O calor extraído do recinto fechado é, finalmente, devolvido ao ambiente exterior, ao mesmo tempo que o gás condensa e o processo se reinicia.

120

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

3.1.5 – CIRCUITOS ELEMENTARES Colocam-se agora, na figura II.30, lado a lado, os esquemas (figurativo e normalizado) de um circuito de refrigeração comercial, de modo a que o leitor se vá familiarizando com a representação simbólica de cada um dos órgãos e dispositivos, representados à direita, de acordo com a NP EN 1861.

Esquema figurativo

Esquema normalizado

Figura II.30 – Circuito Frigorífico

Muitos autores de obras relacionadas com a Refrigeração preferem elaborar os seus esquemas, de um modo figurativo, visto esta forma de desenhar se tornar mais compreensiva e fácil de interpretar. Porém, uma economia cada vez mais competitiva e global, com exigências de qualidade, levou os agentes económicos e as partes interessadas ao desenvolvimento de normas. O mesmo se passou com os atores da ciência da Refrigeração em Portugal, que, para o desenho de circuitos frigorífico, fez com que o IPQ editasse, em 1988, a norma NP 3814. Esta norma foi, entretanto, revogada e substituída pela NP EN 1861, em 2000, e mantém-se atualizada e em vigor. É do conhecimento geral que os projetistas e instaladores raramente utilizam a simbologia normalizada e, para o efeito, desenvolvem simbologia própria ou utilizam pacotes de símbolos que normalmente são fornecidos com o software de desenho (Autocad®, Turbocad® e outros), que utilizam simbologia americana. Esta situação pode levar à não conformidade dos procedimentos, quando as empresas pretendem certificar-se, por exemplo, pelas normas ISO 9001 para a Gestão da Qualidade. Fica o alerta. Apenas para efeitos didáticos e históricos, a figura II.31 mostra um esquema de um circuito de refrigeração, elaborado segundo a NP 3814, entretanto substituída pela NP EN 1861, como já foi referido. Esta simbologia encontra-se profusamente divulgada em obras e documentos técnicos de Refrigeração de recente edição e, por isso, convém ao leitor estar familiarizado com a mesma para recolher e aproveitar os respetivos ensinamentos. Repare que a simbologia trata de uma forma diferente o evaporador e o condensador a ar forçado, o que não acontece na norma NP EN 1861, em que os órgãos (ambos permutadores de calor) possuem simbologia igual.

Tubagens e Processos de Interligação Mecânica

3.2 – OPERAÇÕES BÁSICAS 3.2.1 – PROCEDIMENTOS GERAIS EM TUBAGEM DE COBRE A instalação é o conjunto de trabalhos e atividades práticas de montagem dos diversos órgãos, componentes e dispositivos que dela fazem parte, incluindo as tubagens. As tubagens e suas interligações são efetuadas através de um conjunto de procedimentos que exigem técnicas e possuem características próprias. Assim, ao conjunto de procedimentos técnicos com tubos de cobre para a execução das 329 e Processos de Interligação Mecânica operações de montagem Tubagens da instalação, é comum designar-se por tubulação mecânica. As sete principais técnicas e procedimentos encontram-se sequenciados no fluxograma PRINT SCREEN da figura V.39 e são apresentados, de forma resumida, na tabela V.9. Cada técnica necessita da sua ferramenta apropriada, por vezes mais do que uma. Exemplos: • Nas operações de corte, o tamanho do cortador depende: – Do diâmetro do cubo; –

Do “estado” da tubagem (cobre R/S).

• Nenhuma instalação dispensa um dos processos de ligação. Embora haja sempre a predominância de um sobre o outro, ambos são necessários, interdependentes e complementares.

• Ambos os processos de ligação, quando incorretamente executados, darão origem a avarias de mau funcionamento nomeadamente, a fugas de fluido frigorigéneo. • A evolução tecnológica tem ajudado na produção de ferramentas manuais e mecânicas, que minimizam os tempos e os erros das operações manuais.

Figura V.39 – Fluxograma de Procedimentos

375

X 376

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

Tabela V.9 – Procedimentos e Operações Técnicas em Tubulação

N.O.

PROCEDIMENTO

IMAGEM

OPERAÇÕES DE REFERÊNCIA Tornar retilíneos os tubos de cobre em rolo

Alinhamento

Corte

Conformar as tubagens segundo os eixos ortogonais X, Y e Z Cortar um comprimento específico do tubo de cobre linear Seccionar ramais com distâncias definidas

Escariagem

Dobragem

Extrair as rebarbas remanescentes do corte com os cortadores de tubo

Dobrar, manualmente, os tubos em ângulos rigorosos, como: 30º, 45º, 60º e 90º 120º, 135º e 180º

Alargar/expandir

Alargar e expandir tubos de cobre como preparação para a soldadura de tubos de igual diâmetro

Abocardado

Abocardar corretamente as extremidades

Soldadura

Soldar corretamente com os diversos equipamentos e acessórios

Ligação roscada

Executar corretamente uniões roscadas

Técnicas de instalação

Instalar e montar os dispositivos e componentes por sequências lógicas e corretas

Segue-se uma explicação geral sobre as técnicas e procedimentos, tendo a soldadura, pela sua importância, um desenvolvimento à parte.

420

Refrigeração I – Bases e Fundamentos

1.1.3 – CALENDARIZAÇÃO SOBRE O USO DE FRIGORIGÉNEOS A utilização de fluidos na indústria da refrigeração e climatização pautou-se por uma dinâmica de mudança, à medida que o conhecimento e a tecnologia evoluíram. A figura VI.1 apresenta, de modo cronológico, algumas datas e acontecimentos importantes na história da refrigeração. Tempo

Ano

Futuro

???

Atual

Generalização dos fluidos naturais. Descoberta de “novos” fluidos frigorigéneos.

2020

Metas da Diretiva NZEB (20-20-20). Segunda etapa de redução dos HFC.

2016

Primeira etapa de redução dos HFC de acordo com o Regulamento F-gas.

2015

Eliminação total dos HCFC regenerados (R22).

2014 2012 2011 2010

2008

2006 2004

Passado

Acontecimento

2000 1997 1995

Publicação do Regulamento (EU) n.º 517/2014, que revoga o Regulamento (CE) n.º 842/2006 – F-gas. Etapas para redução dos HFC e outros GEE até 2030. Início da certificação de técnicos TIM. Aplicação do HFO em AC automóvel. Início da certificação dos técnicos no manuseamento de gases com efeito de estufa, TMGF. Proibição total de utilização dos HCFC (R22). Apresentação do HFO como possível substituto do HFC (R134a). Publicação do Regulamento Europeu (CE) n.º 303/2008 relativo à certificação mútua de empresas e pessoal que operam em equipamentos fixos de refrigeração, ar condicionado e bombas de calor, que contêm determinados gases fluorados com efeito de estufa. Publicação do Regulamento Europeu (CE) n.º 842/2006 relativo a determinados gases fluorados com efeito de estufa – Regulamento F-gas. Limite do fabrico de bombas de calor com HCFC (R22). Publicação do Regulamento Europeu (CE) n.º 2000/37 que estabelece as datas-limite relativas ao uso de HCFC (R22). Protocolo de Quioto – plano para a redução das emissões dos gases de efeito de estufa (GEE). Proibição de utilização dos CFC (R12).

1974

Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre a Mudança do Clima – Rio de Janeiro. Protocolo de Montreal, sobre as substâncias que empobrecem a camada de ozono. Teoria da destruição da camada de ozono (Molina/Rowland).

1950

Aparecimento e utilização dos HCFC.

1992 1987

1930-1940 Aparecimento e utilização dos vários CFC (R11, R12, R113 e R114). Início

1880-1920 Aparecimento e utilização do amoníaco, propano e dióxido de carbono. 1834

Aparecimento do primeiro protótipo de sistema de refrigeração a funcionar com éter etílico. Não teve sucesso comercial. Figura VI.1 – Cronologia de Acontecimentos

Fluidos Frigorigéneos e Óleos 425

Quadro VI.2 – Classificação dos Fluidos Frigorigéneos

CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS FRIGORIGÉNEOS

Inorgânicos Hidrocarbonetos

(Série metano)

CFC, HCFC e HFC HFC

(Série etano)

NATURAIS

Grupo Classe

Misturas zeotrópicas Misturas azeotrópicas

ARTIFICIAIS

HFO

(a)

N.º

Tipo

Designação

Fórmula

R717

Amoníaco

NH3

R718

Água

R729

R744

Propriedade GWP(a) 0

H2O

Dióxido de Carbono

CO2

Asfixiante

R50

Metano

CH4

Inflamável

R600a

Isobutano

CH(CH3)2CH3

Inflamável

R290

Propano

CH3CH2CH3

Inflamável

R170

Etano

CH3CH3

Inflamável

R12

CFC

Diclorodifluormetano

CCl2F2

Fora de uso

10 600

R22

HCFC

Monolorodifluormetano

CHClF2

Fora de uso

1 700

R23

HFC

Trifluorometano

CHF3

Ponto ebulição 12 000

R32

HFC

Difluorometano

CH2F2

R125

HFC

Pentafluoroetano

R134a

HFC

R143a

HFC

R1234yf

Tóxico/inflam.

Segurança

Inflamável

550

CHF2CF3

3 400

Tetrafluoroetano

CH2FCF3

1 300

Trifluoroetano

CH3CF3

Inflamável

4 300

Tetrafluoropropeno

CH2=CFCF3

Inflamável

A2L

R404A

HFC

R125/R143a/R134a

(44/52/4)

3 780

R407A

HFC

R32/R125/R134a

(20/40/40)

1 990

R407C

HFC

R32/R125/R134a

(23/25/52)

1 650

410ª

HFC

R32/R125

(50/50)

1 980

R417A

HFC

R125/R134a/R600

(47/50/3)

1 950

R422A

HFC

R125/R134a/R600a

(85/12/3)

3 040

R422D

HFC

R125/R134a/R600a

(65/312/3)

2 620

R502

CFC

R22/R115

(48,8/51,2)

4 510

R507A

HFC

R125/R143a

(50/50)

3 850

R509A

HCFC

R22/R218

(44/56)

5 560

R511A

HFC

R290/R152a

(95/5)

R512A

HFC

R134a/R152a

(5/95)

Fora de uso

Valor com efeitos em 100 anos considerando o valor de GWP do CO2 = 1.

Fluidos Frigorigéneos e Óleos 431

1.3.6 – PARÂMETROS CLIMÁTICOS E O EFEITO DE ESTUFA Face às alterações climáticas, foi necessário definir e estabelecer parâmetros que Ozono Óxido de Azoto caracterizassem os fluidos frigorigéneos no que toca ao seu comportamento, em que se (atmosférico) 3% Metano realça: 3% 5% Gases fluorados 8%

• ODP – Ozone Depletion Potential; • GWP – Global Warming Potential;

Vapor de água 60%

• TEWI – Total Equivalent Warming Impact. Dióxido de

Apenas os CFC e HCFC possuíam ODP positivo (> 0), porque possuíam cloro (Cl), daí a carbono 21% HFC. No entanto, o problema do sua campanha de erradicação e substituição por aquecimento do planeta permanece. Observe o panorama que se apresenta na figura VI.3, no que respeita aos GEE e suas fontes.

Ozono Óxido de Azoto (atmosférico) 3% Metano 3% 5% Gases fluorados 8%

Produção de eletricidade 96% Fluidos frigorigéneos 3%

Vapor de água 60%

Outras fontes 1%

Dióxido de carbono 21%

Gases que promovem o efeito de estufa

Partição da produção de CO2

Figura VI.3 – Gases do Efeito de Estufa e Respetivas Fontes

Verifica-se que a contribuição dos fluidos frigorigéneos é de 3% e, portanto, muito Produção de eletricidade reduzida quando comparada com a produção de eletricidade. Deste modo, a principal 96% preocupação dos cientistas e fabricantes reside no fabrico de fluidos frigorigéneos com Fluidos frigorigéneos já que o impacto se vai repercutir nos próximos um GWP tão pequeno quanto possível, 3% 100 anos, tendo como comparação o próprio CO2, ou seja, GWP(100 anos) CO2 = 1. Surge assim uma maneira fiável de estudar o seu impacto, criando-se um novo Outras fontes parâmetro – o TEWI. 1% De acordo com a NP EN 378, o TEWI é outra forma de avaliar o aquecimento global, combinando a contribuição direta das emissões do fluido frigorigéneo para a atmosfera com a contribuição indireta do dióxido de carbono e de outros gases resultantes da energia necessária para fazer funcionar o sistema de refrigeração, ao longo do seu ciclo de vida útil. O TEWI foi concebido para calcular a contribuição para o aquecimento global de um processo de refrigeração quando operacional.

Regulação e Controlo

Figura VII.49 – Descongelação por Glicol Aquecido

Desvantagens deste método de descongelação sobre os tradicionais: • Evaporadores com duas baterias distintas: uma para a evaporação do fluido frigorigéneo e outra para a circulação do glicol; • Maior complexidade da instalação: aquisição de outros equipamentos (permutador de placas, tanque de glicol, dois grupos de bombas, etc.) dispositivos (válvulas de solenoide, antirretorno, corte, etc.) e respetivos circuitos – tubagem (ida e retorno); • Controlo fiável: necessidade de manter o glicol a temperaturas elevadas, para que a descongelação do evaporador seja adequada; • Maior manutenção: mais órgãos e dispositivos eletromecânicos sujeitos a desgaste; • Custo inicial mais elevado.

513

111

29/05/15 29/05/15 29/05/15

12:20 12:20 12:20

MM M

YY Y

CM CMCM

MY MYMY

CY CYCY

CMY CMY CMY

KK K

CC C

QU E

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