PRINCÍPIOS BÁSICOS DE REFRIGERAÇÃO INTRODUÇÃO O dicionário define refrigeração como sendo o processo de resfriar alguma coisa, e "frio" pode ser definido como a ausência de calor. Por isso, a refrigeração vem ser um processo de remoção do calor. Calor é uma forma de energia e pode ser transferido de um corpo para outro, graças a diferença de temperatura entre eles.
CLASSIFICAÇÃO E APLICAÇÕES As aplicações de refrigeração podem ser classificadas dentro das seguintes categorias: Refrigeração doméstica Refrigeração comercial Refrigeração industrial Refrigeração marítima e de transporte
REFRIGERAÇÃO DOMÉSTICA: A refrigeração doméstica abrange principalmente a fabricação de refrigeradores de uso doméstico e congeladores caseiros. A capacidade dos refrigeradores domésticos varia de 60 l até cerca 600 l com temperaturas na faixa de – 8 ºC a - 10 ºC no compartimento de congelados e +2 a +7 no compartimento dos produtos resfriados.
REFRIGERAÇÃO COMERCIAL: 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 –15 ºC a –30 ºC.
REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL: Como regra geral, as aplicações industriais são maiores que as comerciais em tamanho e tem a característica marcante 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 e outras.
REFRIGERAÇÃO MARÍTIMA E DE TRANSPORTE: A refrigeração Marítima, naturalmente, refere-se à refrigeração a bordo de embarcações marítimas 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 quando aplicados a caminhões e vagões ferroviários refrigerados. Como podemos observar, as aplicações de refrigeração são as mais variadas, sendo de certa forma bastante difícil estabelecer de forma precisa as fronteiras de cada divisão. A seguir temos exemplos da refrigeração para caminhões e para condicionamento automotivo.
SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO DE VAPOR INTRODUÇÃO: Como sabermos, a mudança de estado de uma substância ocorre com rejeição ou absorção de calor. A condensação se dá com rejeição de calor e a evaporação com absorção de calor. É importante relembrar que o calor latente é o calor necessário para a transformação de estado de terminada substância. A evaporação e a condensação de um fluido refrigerante são as duas transformações que ocorrem num ciclo de refrigeração comum por compressão de vapor. Se conseguirmos constituir um sistema que permita fazer essas transformações de condensação e evaporação contínua e economicamente, teremos uma "Maquina Frigorífica". COMPONENTES FUNDAMENTAIS Os ciclos de refrigeração à compressão simples, são uma execução prática das transformações, constituindo-se basicamente de quatro elementos fundamentais, que são: 1. Compressor - Aspira os vapores do evaporador, comprimindo-os até a pressão de condensação do refrigerante. 2. Condensador - Onde o refrigerante se condensa rejeitando calor. 3. Dispositivo de expansão - Promove a queda de pressão necessária a ser atingida no evaporador. 4. Evaporador - Onde ocorre a evaporação do refrigerante, que absorve calor do meio a ser refrigerado. Um sistema de refrigeração é dividido, quanto a pressão, duas partes: Lado de alta pressão e Lado de baixa pressão. A alta pressão existe no sistema desde a válvula de descarga do compressor até o dispositivo de expansão, ou controle de líquido refrigerante na linha de líquido. O lado de baixa pressão começa no dispositivo de expansão, continua através do evaporador, linha de sucção e compressor, até a válvula de sucção.
PRINCÍPIOS BÁSICOS SOBRE FLUIDOS REFRIGERANTES INTRODUÇÃO: O objetivo é identificar as características dos principais fluidos refrigerantes, correlacionando-os com suas aplicações. Os refrigerantes mais comuns são os hidrocarbonetos fluoretados, porém outras substâncias, em grande número, também funcionam como refrigerantes, incluindo muitos compostos inorgânicos e hidrocarbonetos. DEFINIÇÃO: Fluido refrigerante é a substância que absorve calor de outra substância do ambiente a ser refrigerado. O processo através do qual se realiza essa troca é chamado refrigeração. REFRIGERANTE IDEAL: Deve ser reconhecido por princípio, que não existe refrigerante "ideal" que reúna todas as propriedades desejadas para um bom refrigerante, de modo que um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de instalação frigorífica nem sempre é recomendado para utilizar em outra instalação. CLASSIFICAÇÃO: Os refrigerantes podem ser classificados em: -
hidrocarbonetos halogenados misturas azeotrópicos hidrocarbonetos componentes inorgânicos misturas não azeotrópicos
PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS EXIGIDAS DE UM BOM FLUIDO REFRIGERANTE 1. 2. 3. 4.
Pressões de trabalho não devem ser elevadas (evita-se assim tubulações com paredes espessas). Pressões de trabalho superiores patm evita penetração de ar e umidade no sistema). Temperatura de evaporação baixa. Produzir o máximo possível de refrigeração para um dado volume de vapor movimentado.(obs.: o R 11 tem baixa densidade ® compressor centrífugo). 5. Alto COP e baixo HP/TR. 6. Temperatura de descarga não muito elevadasT NH3 > T R22 > T R12 7. Temperatura crítica bem acima temperatura de condensação PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS: a)
Não ser inflamável ou explosivo como: Propano, Etano, Metano, Butano, NH3 em mistura de 16 a 25% em volume com o ar torna-se inflamável e explosivo. (Raramente esta mistura ocorre)
b)
Não deve ser tóxico:R 12 não tóxico em concentração até 20% em volume para um tempo de exposição de menos de 2 horas.R 22, R 11, R 502 um pouco mais tóxico que o R 12 NH3 letal para uma concentração de ½ a 1% em volume num período de exposição de ½ hora.
c)
Não deve ter efeito prejudicial sobre os metais:NH3 em presença de água reage com cobre e suas ligas; usa-se tubulações de aço ou ferro em instalações que tem amônia como fluido refrigerante. Freons utilizados com cobre. Na presença de água formam ácido que atacam a maioria dos metais. Atacam também a borracha natural. Para contornar este problema podemos usar selos de vedação sintéticos.
d)
Não devem produzir danos aos produtos refrigerados caso ocorram fugas: (perigo NH3 vapor).
e)
Os refrigerantes devem ser identificáveis em caso de fuga: ter odor forte e coloração é interessante neste caso.
f)
Possuir baixa viscosidade: para provocar pequena perda de carga no sistema.
g)
Possuir boa condutividade térmica
h)
Possuir estabilidade química: não se decomporem em altas temperaturas.
i)
Possuir baixo custo: NH3 < R 12 < R 22.
j)
Quando ha mistura formada com o óleo lubrificante: São miscíveis R 12, Intermediário R 22. São imiscíveis NH3. Para NH3 há a necessidade de separadores de óleo com purgadores.
EFEITO DOS CFC'S SOBRE A CAMADA DE OZÔNIO: "Cada átomo de Cl destrói aproximadamente 100.000 moléculas de ozônio"; "CFC tem vida útil de aproximadamente de 75 anos" APLICAÇÕES DE ALGUNS REFRIGERANTES: A família de fluidos refrigerantes halogenados é um dos principais fatores responsáveis pelo enorme crescimento das indústrias de refrigeração e ar condicionado. As propriedades desses gases permitiram seu emprego onde materiais mais inflamáveis ou tóxicos trariam resultados desastrosos. Existe um gás para cada uso, desde o halogenado para ar condicionado doméstico e industrial até a refrigeração a temperaturas especialmente baixas. Em muito casos, um desses tipos pode ser usado em várias aplicações diferentes.
MISTURAS DE REFRIGERANTES: Os fabricantes de refrigerantes recomendam que não se misturem refrigerantes, ainda que os mesmos pertençam a mesma série, isto é, não devem ser misturados no mesmo sistema de refrigeração nem no mesmo cilindro. A mistura de dióxido de enxofre (SO2) com amoníaco (NH3) produz reação química e resulta em depósitos sólidos prejudiciais. O R-22 será alterado se misturado com amoníaco. Nem mesmo a mistura do R-12 com R-22 ( que foi realizada no passado para resolver o problema do retorno do óleo para o compressor nos sistemas que usavam R-22 ) é recomendada. INFLUÊNCIA QUÍMICA DOS REFRIGERANTES: A maioria dos refrigerantes, com exceção da amônia, é considerada inócua, visto que se trata de substâncias desprovidas de cor, odor, e gosto, geralmente não apresentando toxidez, o que se aplica particularmente aos vários hidrocarbonetos halogenados. Entretanto, esse fato não quer dizer que eles sejam quimicamente inertes, pois na verdade, reagem com a maioria das substâncias com que entram em contato, desde que a temperatura seja suficientemente alta. Nosso estudo abrange tanto os sistemas herméticos como os do tipo aberto; a gama dos materiais que podem ficar no campo do refrigerante é verdadeiramente grande embora o objetivo principal seja a apreciação da corrosão e dos seus efeitos, serão vistas aqui outras reações, alem das que possam ser citadas como estritamente relacionadas com a corrosão. Um exemplo disto é o estudo dos componentes não metálicos. São vários os componentes metálicos que podem ser usados com os refrigerantes. Assim, por exemplo, ferro, cobre, alumínio, estanho, chumbo, níquel e prata não reagem nos sistemas limpos secos contendo qualquer hidrocarboneto halogenado mas, infelizmente, as condições ideais raramente prevalecem. Inevitavelmente, haverá óleo no sistema, bem como quantidades variáveis de outros materiais, que podem ser considerados como contaminantes, assim, por exemplo, água nos sistemas de refrigeração. INFLUÊNCIA SOBRE OS METAIS: São poucos os metais e as combinações metálicas reconhecidas como insatisfatórios nos sistemas de refrigeração. Entre eles podemos citar o cobre nos sistemas de amônia (R-717), alumínio nos sistemas de cloreto de metila (R-40), o magnésio nos sistemas do R-12 e R-22 e a recente descoberta, a do zinco nos sistemas de R-113. Eles não tem necessidade de contaminantes para dar início à reação, embora a presença destes possa acelerá-la. Estes metais indesejáveis podem existir em pequenas quantidades, em lugares não suspeitados. Embora não seja de esperar-se que alguém faça uso de tubos de cobre num sistema de amônia ou de compressor de Refrigerante 12 com carcaça de magnésio, é inteiramente possível encontrar algum metal incompatível em componetes do sistema, isto é, alguma conexão ou válvula que possa ser banhada ou embuchada com algum metal indesejável. A mesma consideração aplica-se aos manômetros, aos controles e aos demais componentes que não tenham sido confeccionados especificamente para a industria de refrigeração. Atualmente, a maioria dos fabricantes de controles fornecem modelos especialmente projetados para o uso com amônia ou com hidrocarbonetos halogenados, recomendando que não sejam trocados entre si. Além disso, constitui prática condenável o uso de peças de chumbo num sistema de refrigeração, tendo em vista o problema da corrosão.
PRINCÍPIOS BÁSICOS SOBRE TROCADORES DE CALOR EVAPORADORES FUNÇÃO: equipamento que retira calor do meio diretamente pelo refrigerante (exp. direta) ou indiretamente por água (+etileno glicol) ou salmoura (exp. indireta). No sistema de Expansão indireta é fácil distribuir salmoura que NH3 ou R12; Não circula fluido refrigerantes dentro do meio a se resfriar; Mais fácil fazer um tipo pré fabricado - (a parte frigorífica fica a parte). DESVANTAGENS: T evaporação menor, menor coeficiente eficácia, tamanho do compressor e do motor maior, mais complexo, preço alto
PRINCÍPIOS BÁSICOS SOBRE ACESSÓRIOS TERMOSTATO: Indicam variações de temperatura e fecham ou abrem os contatos elétricos. Os termostatos, de acordo com o elemento de medição de temperatura podem ser, o bimetálico, o de bulbo sensor de temperatura e o de resistência elétrica. a) bimetálico: converte variações de temperatura em deflexões de uma barra metálica, fechando abrindo os contatos. O bimetal é preparado justapondo-se dois tipos de metais diferentes, que apresentam diferentes coeficientes de dilatação térmica. Assim o conjunto se deflete quando a temperatura varia. b) termostato com bulbo sensor de temperatura: o bulbo contém um gás ou um líquido que quando a temperatura no bulbo aumenta, há também aumento de pressão no fluido que é transmitido ao fole do termostato. O movimento do fole proporciona o fechamento ou abertura dos contatos através do mecanismo de alavanca. c) termostato eletrônico: composto por um termistor que é um resistor cuja resistência varia (de forma não linear) com a temperatura. O termistor pode estar em contato com o ar ou a água. A comutação dos contatos fica sendo em função da temperatura. Um aumento de temperatura resultará na diminuição da resistência. . MANÔMETROS: Manômetros de pressão são instrumentos para medir pressão de fluidos (gasosos ou líquidos) em recipientes fechados. Os mais comuns são de tubo de Boudon que é um tubo metálico curvado, de forma elíptica que tende a se endireitar quando a pressão do fluido no tubo e a se contrair quando a pressão diminui. Qualquer alteração é transmitida para um ponteiro indicador através de um sistema de engrenagens. É utilizado na linha de sucção quando ocorre queima do motor compressor, para eliminar os compostos ácidos decorrentes da decomposição parcial do refrigerante com o óleo. Podem ser do tipo com filtro descartável ou com núcleo recarregável.
VÁLVULA DE SERVIÇO: Fecha determinada parte do ciclo para execução de um serviço de manutenção, como recolhimento e carga de refrigerante, processamento de limpeza e vácuo, conexão de manômetros etc.
VÁLVULA DE SEGURANÇA: Protegem a máquina de refrigeração impedindo de atingir uma pressão anormalmente alta. Ela opera descarregando o fluido refrigerante se pressão crescer bastante. é comum a do tipo com mola. Ela pode descarregar o fluido no meio atmosférico, na sucção do compressor ou numa região de baixa pressão da instalação.
CONTROLES DE EXPANSÃO DO LIQUIDO REFRIGERANTE: Válvulas de expansão termostática com equalização externa e interna. Têm a função de controlar a quantidade de líquido a introduzir no evaporador e de evitar que os vapores provenientes da evaporação sejam aspirados excessivamente quentes pelo compressor, ou que cheguem ao compressor partes de refrigerante no estado líquido. Os dispositivos comumente empregados são: 1. Regulador por capilaridade (Tubo capilar); 2. A válvula de expansão direta a pressão constante (Válvula de expansão automática); 3. A válvula de expansão direta e superaquecimento constante (V. de expansão termostática)
REGULADOR POR CAPILARIDADE: É o tubo capilar comum, o mais simples e econômico, dos controles.
VÁLVULA DE EXPANSÃO DIRETA A PRESSÃO CONSTANTE: Este tipo de válvula é designado pelo nome de válvula de expansão Pressostática ou automática.
VÁLVULA DE EXPANSÃO DIRETA A SUPERAQUECIMENTO CONSTANTE: Este tipo de válvula difere do precedente por ser munida de um bulbo térmico, pelo que é denominada válvula de expansão termostática: é a mais empregada nas instalações comerciais e industriais devido às suas condições particulares de rendimento e regulagem.
VÁLVULAS COM EQUALIZAÇÃO INTERNA DE PRESSÃO: Indicadas quando a queda de pressão ao longo do evaporador é insignificante.
VÁLVULAS COM EQUALIZAÇÃO EXTERNA DE PRESSÃO: Como o refrigerante, ao fluir através do evaporador, sofre uma queda de pressão por causa do atrito, sua temperatura de saturação é sempre mais baixa na saída do que na entrada. Quando a queda de pressão é considerável torna-se necessário um maior grau de superaquecimento para manter a condição de equilíbrio. Isto faz com que a área do evaporador, efetivamente utilizada para resfriamento, seja reduzida redução da capacidade de refrigeração e da eficiência do sistema.
VÁLVULA SOLENÓIDE: Destina a bloquear o refrigerante na linha de líquido antes da válvula de expansão, para evitar migração de refrigerante ao evaporador por ocasião de uma parada do compressor causada pelo controle de temperatura, falha do ciclo ou desligamento do aparelho. Isto evita problemas de lubrificação e golpes de líquido no compressor durante a partida do mesmo.
PRESSOSTATOS: São interruptores elétricos comandados por pressão. O ajuste da pressão de corte se faz por meio de um parafuso, em alguns modelos, o diferencial de pressão, diferença entre pressão de desarme e rearme é regulável. O rearme pode ser automático ou manual.
PRESSOSTATO DE ÓLEO: A pressão do óleo de lubrificação representa a pressão pela qual o óleo é forçado nos mancais do compressor pela bomba de lubrificação. A pressão do óleo de lubrificação é normalmente de 1,5 a 3,0 Kgf/cm2 superior à pressão de sucção da bomba. Qualquer diminuição da pressão do óleo de lubrificação pode ocorrer uma lubrificação inadequada dos componentes do compressor e ocorrer danificações. Na partida do compressor, a bomba de lubrificação que é normalmente acionada pelo eixo do compressor, esta também parada, logo a pressão do óleo é nula. Assim o compressor permanece desligado pois a pressão do óleo é nula no instante da partida. Para evitar este problema (do compressor não ligar logo não liga lubrificação) o pressostato é dotado de um mecanismo de tempo, que permite ligar o compressor não interrompendo o circuito de fornecimento de energia elétrica até que a pressão do óleo lubrificante aumente, dentro de um determinado intervalo de tempo. O pressostato do óleo, empregado nos compressores com lubrificação forçada, baseia-se no diferencial entre as pressões de óleo e de sucção. Quando a pressão de óleo diminui torna o diferencial menor. Se este valor for abaixo do estabelecido após um intervalo de tempo ocorre o corte do equipamento. O intervalo de tempo tem a denominação de tempo de retardo e é determinado em 120 s.