Refrigeracao comercial para tecnicos em ar condicionado 2º ed by Aga Solutions Ltda.

PARA TÉCNICOS EM AR-CONDICIONADO Tradução da 2ª edição norte-americana

Dick Wirz

é formado em

Administração e em Engenharia

nico certificado pela NATE – North American Technician Excellence, e pela ICE – Industry Competency Exams. Foi presidente-proprietário de uma bem-sucedida empresa de refrigeração comercial. Atualmente é docente na Northern Virginia Community e oferece treinamen-

O texto também enfatiza a refrigeração industrial de alimentos, com dezenas de dicas práticas que podem ser utilizadas durante a instalação e a manutenção de equipamentos comerciais desse ramo. Dicas úteis e conselhos, além de conceitos-chave importantes aos leitores, fornecem ao texto uma cobertura abrangente em uma área de conhecimento e atividade de crescente interesse no mercado em nível mundial. Este é um livro de referência, que busca incrementar o conhecimento e a técnica, a eficiência e a eficácia dos estudiosos e profissionais de refrigeração comercial.

to na área para empresas do ramo (também produz materiais didáti-

Aplicações

cos para tais treinamentos).

Esta obra foi escrita para profissionais da área de refrigeração e ar-condicionado, estudantes de cursos técnicos voltados para a área de refrigeração e estudantes avançados da área de Engenharia Mecânica com interesse em um aprofundamento no assunto.

Tradução da 8ª edição norte-americana

REFRIGERAÇÃO COMERCIAL

tre em Gestão de negócios e téc-

Outras obras Física para cientistas e engenheiros – Volume 1: Mecânica

PARA TÉCNICOS EM AR-CONDICIONADO

Mecânica pela Virginia Tech, mes-

Profissionais experientes em sistemas de ar-condicionado são frequentemente requisitados a aplicar suas habilidades ao lidar com equipamentos de refrigeração comercial. Esta obra fornece uma base sólida em sistemas de arrefecimento para o estudo de equipamentos de refrigeração de médias e baixas temperaturas, tais como câmaras frigoríficas (walk-ins), geladeiras comerciais, frigoríficos e máquinas de gelo.

Dick Wirz

REFRIGERAÇÃO COMERCIAL

John W. Jewett Jr. e Raymond A. Serway

Físico-química – Volumes 1e2 David W. Ball

Mecânica dos materiais Tradução da 7ª edição norte-americana James M. Gere e Barry J. Goodno

Princípios de Física – Volume 2: Movimento ondulatório e termodinâmica Raymond A. Serway e John W. Jewett Jr.

ISBN 13 978-85-221-1119-0 ISBN 10 85-221-1119-7

Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br

capa-refrigeracao2.indd 1

9 788522 111190 13/12/2011 17:55:48

Dick Wirz

REFRIGERAÇÃO

COMERCIAL

para técnicos em ar-condicionado Tradução da 2ª edição norte-americana

Tradução Harue Avritscher Revisão técnica Carlos Daniel Ebinuma

Professor titular do Departamento de Energia da Unesp – Campus de Guaratinguetá Livre-docente em Termodinâmica pela Unesp

Austrália : Brasil : Japão : Coreia : México : Cingapura : Espanha : Reino Unido : Estados Unidos

Refrigeração-3.indb 3

13/12/2011 17:52:10

Sumário

Prefácio

xiii

Refrigeração

Visão geral do capítulo Introdução Faixas de temperatura de refrigeração O ciclo da refrigeração Comparando a refrigeração comercial com AC Refrigerantes mais recentes usados na refrigeração comercial Os quatro componentes básicos de um sistema de refrigeração Resumo Questões de revisão

Evaporadores

1 1 2 3 6 7 9 10 12

Visão geral do capítulo Funções do evaporador Tipos de evaporadores Operação do evaporador Medindo o superaquecimento Resumo Questões de revisão

15 15 24 26 27 46 48

Refrigeração-3.indb 5

13/12/2011 17:52:10

R e f rige r aç ão c o m e rc ial pa r a t éc n i c os em a r -c on di c i ona d o

Condensadores

Visão geral do capítulo Funções do condensador Operação do condensador Três fases do condensador Gás Flash Intervalo de temperatura no condensador (Condenser split) Condensadores de ar refrigerado: limpeza e manutenção Controles de ambiente com baixa temperatura para condensadores de ar refrigerado Inundação do condensador Pressão máxima flutuante Condensadores refrigerados a água: limpeza Resumo Questões de revisão

Compressores

51 51 52 53 55 58 60 63 66 70 77 78 80

Visão geral do capítulo Funções de um compressor Lubrificação do compressor Resumo Questões de revisão

Dispositivos de medida

85 85 92 122 124

129

Visão geral do capítulo Dispositivo de medida: Funções Superaquecimento Como uma TEV opera Estilos de corpos de TEV Válvulas equalizadas – internas e externas Ajustando o superaquecimento Colocação do bulbo da TEV

129 129 132 135 137 137 140 142

Refrigeração-3.indb 6

13/12/2011 17:52:10

Sumá ri o

Como o sistema afeta as TEVs Dimensionamento da TEV Leitura de uma válvula de expansão TEVs: Solução de problemas Tubos capilares como dispositivos de medida Como funciona o tubo capilar Tubos capilares: Solucionando problemas Válvulas de expansão automáticas Válvulas de expansão elétrica Resumo Questões de revisão

Controles e acessórios

143 146 149 150 154 156 159 162 162 168 169

175

Visão geral do capítulo Controles de temperatura Válvula de serviço de compressor Válvulas solenoides para pump down e de desvio de gás quente Válvulas de desvio de gás quente Reguladores da pressão do cárter Reguladores de pressão do evaporador Controles de baixa pressão Controles de alta pressão Separadores de óleo Controles de segurança do óleo Receptores Acumuladores Filtros secadores Visores de vidro Trocas de calor Eliminador de vibração Resumo Questões de revisão

175 175 180 184 188 189 192 194 197 197 199 203 205 206 210 211 213 213 215

vii

Refrigeração-3.indb 7

13/12/2011 17:52:10

R e f rige r aç ão c o m e rc ial pa r a t éc n i c os em a r -c on di c i ona d o

Sistema de refrigeração: solucionando problemas Visão geral do capítulo Revisão e previsão Dispositivos de medida Dispositivos de medida fixos: Como reagem às condições do sistema Como os sistemas TEV reagem às condições do sistema Resumo de como as mudanças na temperatura externa afetam o sistema de refrigeração Resumo de como as mudanças na pressão afetam o sistema de refrigeração Superaquecimento e sub-resfriamento Diagnosticando nove problemas do sistema Refrigerante: Subcarga Sobrecarga de refrigerante Problemas de fluxo de ar do condensador Não condensáveis Compressor ineficiente Dispositivo de medida restrito Obstrução parcial na linha de líquido após o receptor Obstrução parcial no lado de alta antes do receptor Evaporador sujo, evaporador com gelo ou fluxo de ar baixo Obtendo as informações corretas Tabela de diagnóstico: utilização Registrando óleo no evaporador Resumo Questões de revisão

Controles do motor do compressor Visão geral do capítulo Motores trifásicos Contatores Motor: Dispositivos de partida Motores monofásicos Relés de partida e capacitores Motor: Tipos de sobrecargas

221 221 222 227 228 230 232 233 234 236 239 241 244 246 249 251 253 254 255 257 258 263 266 269

277 277 277 279 281 281 283 290

viii

Refrigeração-3.indb 8

13/12/2011 17:52:10

Sumá ri o

Motores: Solução de problemas Resumo Questões de revisão

291 298 299

Atualização, recuperação, evacuação e carga

305

Visão geral do capítulo Refrigeração: Atualização dos sistemas Recuperação do refrigerante: Procedimentos Sistema: Evacuação Sistema: Partida e carregamento Resumo Questões de revisão

305 305 312 317 323 335 337

Refrigeração de supermercado Visão geral do capítulo Visibilidade do produto e acesso do cliente Refrigeradores múltiplos e temperaturas Sistemas de rack paralelo Rack paralelo: Controles do sistema Controladores de sistema de rack Pressão máxima: Controle Consumo de energia: Eficiência Serpentina: Descongelamento Sub-resfriamento mecânico Recuperação de calor e reaquecimento Vitrines de exposição: Fluxo de ar Instalação, assistência técnica e manutenção Vazamento de refrigerante: Detecção Novas tecnologias Resumo Questões de revisão

341 341 341 342 342 344 347 348 350 350 352 354 354 356 358 359 365 367

Refrigeração-3.indb 9

13/12/2011 17:52:10

R e f rige r aç ão c o m e rc ial pa r a t éc n i c os em a r -c on di c i ona d o

Câmaras frigoríficas e freezers

Visão geral do capítulo Tipos e tamanhos do interior da câmara frigorífica Instalação da parte interna das câmaras frigoríficas Tipos de portas e ajustes da câmara frigorífica Parte interna das câmaras frigoríficas: Aplicações Sistema: Ajuste dos componentes para o correto funcionamento Refrigeração: Tubulação Tubulação de drenagem Câmaras frigoríficas: Solução de problemas Resumo Questões de revisão

Máquinas de fabricar gelo

Visão geral do capítulo Máquinas de produzir gelo: Tipos e aplicações Máquinas de fabricar gelo: Funcionamento básico Instalação: Serviços Máquinas de produzir gelo: Manutenção e limpeza Máquina de produção de gelo: Garantias Máquinas de produzir gelo: Solucionando problemas Resumo Questões de revisão

Temperatura do produto para sua preservação e para a saúde Visão geral do capítulo Temperaturas mínimas O que o fiscal da saúde procura? Áreas de problemas e soluções Máquinas de produzir gelo: Inspeção Dobradiças, maçanetas e gaxetas

371 371 371 373 375 379 381 389 398 399 406 407

411 411 411 412 415 418 423 423 427 429

433 433 434 434 435 437 437

Refrigeração-3.indb 10

13/12/2011 17:52:10

Sumá ri o

Refrigeração: Programa de manutenção Temperatura e saúde: Fatos interessantes Resumo Questões de revisão

Dicas para o negócio de refrigeração Visão geral do capítulo O negócio: Começar e permanecer Registros e escrituração O dinheiro é o rei Orçamento e custos Clientes Empregados O negócio: Expandir Manutenção: Contratos Estratégia de saída Resumo Questões de revisão

Índice remissivo

439 440 441 443

445 445 445 447 448 449 453 454 455 456 461 462 463

465

Apêndice e Glossário estão disponíveis no site do livro, em http://www.cengage.com.br

Refrigeração-3.indb 11

13/12/2011 17:52:11

Prefácio

Refrigeração comercial para técnicos Este livro destina-se a técnicos de refrigeração, técnicos de ar-condicionado (AC) e estudantes de cursos avançados de AC. Ensina-se a refrigeração comercial, como matéria específica, em apenas cerca de 10% das escolas que possuem programas de HVACR (Heating, Ventilating, Air Conditionning, Refrigeration – Aquecimento, Ventilação, Ar-condicionado, Refrigeração). Como consequência, há pouquíssimos estudantes e técnicos treinados em AC. No entanto, se esses técnicos forem competentes também em refrigeração comercial, serão mais úteis a suas empresas e seus clientes. O tema e o formato deste livro são resultado de um curso de 60 horas que desenvolvi para o capítulo da National Association of Power Engineering (NAPE – Associação Nacional de Engenharia Elétrica), em Washington, D.C. Doug Smarte, diretor executivo da Fundação Educacional da NAPE, reconheceu a necessidade de oferecer treinamento em refrigeração comercial para engenheiros civis e administradores imobiliários.

Organização Os primeiros seis capítulos combinam a revisão da teoria de refrigeração com a introdução da aplicação desses princípios especificamente ao equipamento de refrigeração comercial. Sempre que possível, os conceitos de refrigeração são comparados àqueles de AC. Isso facilita aos estudantes e aos técnicos de HVACR relacionar o que já sabem ao campo da refrigeração comercial. No Capítulo 7, aplicam-se as informações dos seis capítulos iniciais à solução dos nove problemas comuns do sistema de refrigeração. Esse capítulo também inclui um gráfico-diagnóstico para o leitor utilizar em sala de aula e em seu trabalho. O Capítulo 8, que trata dos controles de motor, também contém instruções sobre a solução de problemas. O setor de refrigeração comercial encontra-se na vanguarda do desenvolvimento das práticas de

xiii

Refrigeração-3.indb 13

13/12/2011 17:52:11

R e f rige r aç ão c o m e rc ial pa r a t éc n i c os em a r -c on di c i ona d o

readequação (retrofitting) para substituir os gases refrigerantes clorofluorcarbono (CFC) e hidroclorofluorcarbono (HCFC). Portanto, no Capítulo 9, abrangem-se a readequação e outras práticas relacionadas de recuperação, evacuação e carregamento. O Capítulo 10 constitui uma introdução ao mundo da refrigeração de supermercados. Os capítulos 11 e 12 tratam de walk-ins (câmaras frigoríficas tão grandes que uma pessoa pode entrar nelas), reach-ins (geladeiras de uso comercial de fácil acesso ao produto pelo usuário) e máquinas de produção de gelo. O Capítulo 13 é um olhar relativamente breve, mas importante sobre o papel dos técnicos de refrigeração na preservação de alimentos e nas questões de saúde. Uma vez que muitos técnicos de HVACR abrem suas próprias empresas, o último capítulo deste livro trata da parte comercial desse setor. Mesmo que muitos estudantes não tenham a intenção imediata de se tornar empresários, este capítulo fornece a ideia das situações com as quais seus funcionários lidariam no dia a dia. Nesses insights, os técnicos podem se tornar parte vital e ser mais valorizados em suas empresas.

Características Ao longo do livro há boas informações denominadas Regras de Ouro dos Técnicos (Technician’s Rules of Thumb – TROT). Essas informações formam uma coleção de práticas que os técnicos com experiência utilizam a fim de prestar uma assistência melhor e mais rápida aos equipamentos. Há uma lista completa das Regras de Ouro no Apêndice, disponível para download no site do livro <http://www.cengage.com.br>. O Apêndice também contém tabelas de pressão/temperatura (P/T) para os refrigerantes atualmente empregados na maior parte das aplicações de refrigeração. No site do livro também há o Glossário, que possui definições e explicações de termos técnicos e frases utilizados ao longo da obra. Os termos em vermelho indicam que essa palavra pode não ser familiar a muitos leitores e que, portanto, há um verbete com seu significado no Glossário.

Suplementos A maioria dos técnicos em HVACR aprende de modo muito visual, portanto, este livro inclui muitas fotos e desenhos para ilustrar o texto. Caso este livro seja usado como parte de um curso sobre refrigeração, há o recurso eletrônico disponível no site do livro (http://www.cengage.com.br) para os professores qualificados em HVACR. O material em PowerPoint® foi planejado para ser usado pelo professor em sala de aula. Esse apoio visual para o ensino ajuda a explicar os conceitos de refrigeração e aumenta a compreensão do estudante.

xiv

Refrigeração-3.indb 14

13/12/2011 17:52:11

P refác i o

Sobre o autor Minha carreira em HVACR teve início com um trabalho de férias no verão de 1963. Nos primeiros oito anos, instalei sistemas de dutos e dei assistência técnica aos equipamentos de AC e de aquecedores residenciais. Nos 30 anos seguintes, desfrutei do mundo da refrigeração comercial. Técnico mestre registrado em HVACR e eletricista mestre em vários estados, tenho certificado em todas as categorias oferecidas pelos Industry Competence Exams (ICE) e pela North American Training Excellence (NATE). Por mais de 25 anos fui presidente e coproprietário de uma empresa de refrigeração comercial bem-sucedida no mercado. Agora me divirto lecionando e publicando material para treinamento. Dessa maneira, posso retribuir os muitos benefícios que recebi de uma carreira recompensadora na área de HVACR. Formei-me na Virginia Tech com grau em Administração de Negócios e com habilitação secundária em Engenharia Mecânica. Vinte anos depois, voltei aos estudos para obter o grau de mestre em administração de negócios. Para conseguir ser um bom professor, passei dois anos em um programa de pós-graduação na George Mason University, onde recebi um certificado em ensino em universidade comunitária. Atualmente, sou professor de HVACR no Northern Virginia Community College e também na NAPE. Além disso, ofereço treinamento para empresas e seminários para os distribuidores de HVACR. Minha esposa e eu damos assessoria a professores, por meio de CDs, sob o nome corporativo de Refrigeration Training Services (Serviços de Treinamento em Refrigeração) para programas de HVACR, como no material complementar que está disponível para este livro.

Agradecimentos Gostaria de agradecer à minha esposa, Irene, por sua enorme ajuda neste projeto. Ela forneceu todos os gráficos usados neste livro e nos materiais complementares. Sem sua edição, seus gráficos, sua habilidade com softwares e seu apoio, este livro não teria jamais se tornado realidade. Também gostaria de agradecer às muitas pessoas que me contataram desde a primeira edição. Seu reconhecimento aumentou minha crença de que a enorme quantidade de trabalho na realização deste livro beneficiou milhares de estudantes, professores e técnicos. Seus comentários ajudaram a fazer as mudanças e atualizações da segunda edição. Particularmente, gostaria de agradecer aos professores Chris Sterret, Eric Seltenright, Joe Owens e Stephen Vossler por aceitarem a solicitação do editor de revisar a primeira edição e fazer sugestões para a segunda. Ensinar e treinar têm sido uma experiência recompensadora e de humildade para mim. Embora imaginasse dominar HVACR, logo percebi que ainda precisava conhecer muitas outras coisas para lecionar. Alguém me disse um dia: “Você nunca poderia saber tudo sobre algo,

Refrigeração-3.indb 15

13/12/2011 17:52:11

R e f rige r aç ão c o m e rc ial pa r a t éc n i c os em a r -c on di c i ona d o

mas tem de continuar tentando”. Agora percebo como essas palavras são verdadeiras. Tornei-me estudante para toda a vida, e encorajo a mesma sede de conhecimento àqueles para os quais leciono.

Feedback Foi realizado considerável esforço editorial para eliminar os possíveis erros deste livro. No entanto, pode haver algo que tenha escapado. Caso encontre alguma imprecisão ou tenha alguma dúvida quanto ao conteúdo, por favor, entre em contato com a editora ou por meu e-mail pessoal, que se encontra a seguir. Muito obrigado por usar este livro, estou certo de que seu aprendizado trará grande benefício para seu sucesso nesta área. Espero que este texto se torne parte importante de sua biblioteca técnica.

Dick Wirz Contato: teacherwirz@cox.net

xvi

Refrigeração-3.indb 16

13/12/2011 17:52:11

CAPÍTULO

Refrigeração

1 Visão geral do capítulo Em seu início, este capítulo explica o tema do livro e a quem ele se destina. A seguir há uma revisão completa do ciclo de refrigeração; depois, o ar-condicionado é comparado com a refrigeração comercial, explicando-se suas semelhanças assim como suas diferenças. Os refrigerantes usados recentemente em refrigeração comercial são também abordados. Finalmente, são discutidos os quatro componentes básicos de um sistema de refrigeração.

Introdução A maioria dos técnicos tende a se especializar em um único tipo de aplicação de ar-condicionado (AC), como o sistema de ar-condicionado residencial, o comercial leve ou comercial pesado. Entretanto, frequentemente, surgem oportunidades fora da área original de especialização do técnico, assim, é fundamental que ele domine mais de uma especialidade. Por exemplo, uma empresa que fornece bons serviços de AC a um restaurante pode fazer a manutenção do equipamento de refrigeração comercial desse estabelecimento. Da mesma maneira, um engenheiro civil que lida de forma competente com os grandes resfriadores (chillers) de um edifício comercial pode ter sua responsabilidade aumentada com a inclusão da manutenção da refrigeração e máquinas de produção de gelo da cafeteria desse edifício.

Refrigeração-3.indb 1

13/12/2011 17:52:11

R e f rige r aç ão c o m e rc ial pa r a t éc n i c os em a r -c on di c i ona d o

O principal objetivo deste livro é ajudar os técnicos de AC a conhecer a refrigeração comercial. Alguém disse certa vez: “Sorte é a preparação para encontrar a oportunidade”. Quanto maior o domínio do técnico nas várias áreas de conhecimento, tanto maior a vantagem que ele pode tirar das oportunidades que surgem. Portanto, este livro foi escrito tanto para os técnicos com experiência em ar-condicionado quanto para os estudantes que têm uma base sólida na teoria de AC. Este primeiro capítulo é uma revisão da refrigeração básica e também uma introdução às semelhanças e às diferenças entre AC e refrigeração comercial. Ao longo dos capítulos, uma palavra ou expressão usada pela primeira vez e que pode não ser familiar a todos os leitores está grafada em negrito e foi incluída no Glossário.

Faixas de temperatura de refrigeração A seguir temos uma lista das faixas mais comuns de temperaturas de refrigeração nos espaços discutidos neste livro: »»23,9 ºC, AC (condicionamento confortável) »»12,8 ºC, refrigeração de alta temperatura »»1,7 ºC, refrigeração de temperatura média »»– 23,3 ºC, refrigeração de baixa temperatura »»– 31,7 ºC, refrigeração de temperatura extrabaixa A maioria dos exemplos nos próximos capítulos diz respeito a aplicações de temperaturas média e baixa. Câmaras frigoríficas (walk-ins) de temperatura média normalmente operam em uma faixa de 1,7 ºC a 2,8 ºC, enquanto as geladeiras comerciais (reach-ins) operam em temperaturas ligeiramente mais altas, de 3,3 ºC a 4,4 ºC. As câmaras frigoríficas congeladoras normalmente operam em –23,3 ºC e os congeladores das geladeiras comerciais operam a cerca de –17,8 ºC. A diferença entre as temperaturas em câmaras frigoríficas e geladeiras comerciais deve-se, principalmente, ao modo como se usa seu espaço interior e como se projeta o equipamento. As baixas temperaturas das câmaras frigoríficas permitem que elas mantenham grandes quantidades de produtos frescos por períodos relativamente mais longos. As geladeiras comerciais, por outro lado, são usadas por conveniência. Uma vez que elas são menores do que as câmaras frigoríficas, podem ficar mais próximas de onde são necessárias. Uma geladeira comercial é normalmente reabastecida a partir de uma câmara frigorífica, pelo menos uma vez ao dia. Portanto, a temperatura de armazenamento ligeiramente mais alta de uma geladeira comercial é aceitável, pois o produto permanece em seu interior por período relativamente mais curto.

Refrigeração-3.indb 2

13/12/2011 17:52:11

R efri g er aç ão

O ciclo da refrigeração A Figura 1.1 é uma ilustração de um sistema muito simples de AC, que mostra um compressor e uma válvula de expansão; os tanques cilíndricos representam o condensador e o evaporador. As pressões e as temperaturas representam as de um sistema de AC R22 de eficiência padrão diária de 35 ºC. O compressor desenvolve pressão de 1915,74 quilopascal manométrico (kPa man) [278 libras por polegada quadrada manométrica (psig)] e descarrega vapor superaquecido a 79,4 ºC. O vapor diminui para 73,9 ºC quando entra no condensador e continua a ser resfriado pelo ar ao redor do cilindro. Quando a temperatura do vapor cai a 51,7 ºC, os gases se condensam em gotas de líquido – o vapor então alcançou sua temperatura de condensação, que é a temperatura de saturação do refrigerante R22 à pressão de 1915,74 kPa man (278 psig) [consulte a tabela pressão/temperatura (P/T) do Apêndice]. A condensação prossegue em 51,7 ºC até que todo o vapor se converta em líquido no fundo do tanque. O resfriamento adicional, chamado sub-resfriamento, desse líquido pelo ar ambiente a 35 ºC reduz a temperatura do líquido a 46,1 ºC ao deixar o fundo do condensador. No momento que o líquido entra na válvula de expansão, ele é ainda sub-resfriado a 40,6 ºC. Durante esse processo, a pressão na parte alta do sistema, entre a saída do compressor e a entrada da válvula de expansão, permanece constante em 1915,74 kPa man (278 psig). No entanto, o refrigerante altera as temperaturas quando o gás quente da descarga resfria, depois sub-resfria, enquanto flui através do condensador. O significado dessas diferentes temperaturas é importante na compreensão do processo de refrigeração.

AR AMBIENTE 35 ºC

79,4 ºC

73,9 ºC Gás quente (278 psig) 1915,74 kPa man 51,7 ºC

(69 psig) 475,49 kPa man 44,4 ºC

(278 psig) 1915,74 kPa man 51,7 ºC

AR DE RETORNO 23,9 ºC

10 ºC

10 ºC Superaquecimento

Compressor R22

Vapor Vapor (278 psig) 1915,74 kPa man

(278 psig) 1915,74 kPa man 51,7 ºC

(69 psig) 475,49 kPa man 44,4 ºC

(69 psig) 475,49 kPa man

Mudança de estado

Líquido Gotas de líquido

Sub-resfriamento

46,1 ºC

(69 psig) 475,49 kPa man 44,4 ºC

(69 psig) 475,49 kPa man 4,4 ºC

40,6 ºC Temperatura sensível

##º Temperatura de saturação

Figura 1.1 Sistema simples de AC R22. Cortesia de Refrigeration Training Services.

Refrigeração-3.indb 3

13/12/2011 17:52:11

R e f rige r aç ão c o m e rc ial pa r a t éc n i c os em a r -c on di c i ona d o

O lado de baixa pressão do sistema À medida que o líquido refrigerante de 1915,74 kPa man (278 psig) flui através da válvula de expansão termostática (TEV), sua pressão diminui 475,49 kPa man (69 psig). Então, a queda de pressão de 1440,25 kPa man (209 psig), de um lado da válvula para o outro, é acompanhada por um decréscimo na temperatura. A TEV age como um bocal da mangueira de jardim, mudando a corrente sólida de líquido do condensador para um spray de mistura de vapor e gotas do líquido refrigerante. As gotas são mais facilmente fervidas no evaporador do que uma corrente sólida de líquido. O refrigerante R22 ferve, ou evapora, em 4,4 ºC, quando sua pressão é reduzida a 475,49 kPa man (69 psig) (consulte a tabela P/T no Apêndice). O calor do ar de 23,9 ºC, soprando através do tanque, é absorvido pelo refrigerante, o que leva à fervura das gotas do refrigerante. A temperatura do refrigerante permanece em 4,4 ºC até que todo ele tenha se vaporizado. Somente então sua temperatura se elevará ao mesmo tempo que absorve mais calor do ar circundante. No momento que o vapor de sucção abandona o tanque, a temperatura do refrigerante aumentará para 10 ºC. A temperatura do refrigerante acima de seus 4,4 ºC de ponto de ebulição (temperatura saturada) é chamada de superaquecimento.

Como o calor é absorvido pelo evaporador? Começando com a TEV, uma nuvem de gotículas de líquido é borrifada no tanque. O ar morno sopra no tanque evaporador e se resfria ao mesmo tempo que seu calor é absorvido no refrigerante em ebulição. Muito mais calor é absorvido no refrigerante à medida que ele ferve, do que antes ou após ele ter fervido. Ebulição, ou a mudança do estado de líquido para o de vapor, absorve calor sem mudança na temperatura. Quase todo o efeito de refrigeração alcançado no evaporador obtém-se quando o refrigerante ferve. O tipo de calor absorvido durante o processo de evaporação é chamado de calor latente. A capacidade de remover enormes quantidades de calor em uma pequena área possibilita aos fabricantes projetar sistemas de refrigeração bem pequenos para ser usados tanto em residências quanto em locais de negócios. Quando o refrigerante tiver sido totalmente vaporizado, estará totalmente saturado com todo o calor latente que possa absorver. O vapor saturado a 4,4 ºC pode aumentar sua temperatura somente pela absorção do calor sensível. Esse calor sensível pode ser medido com um termômetro, e qualquer temperatura que se eleve acima da temperatura saturada do refrigerante é chamada de superaquecimento.

Como o condensador descarta o calor absorvido pelo evaporador? Para rejeitar o calor absorvido pelo evaporador, como mostrado na Figura 1.1, o vapor de sucção frio deve ser elevado a uma temperatura mais alta do que os 35 ºC do ar externo. Na

Refrigeração-3.indb 4

13/12/2011 17:52:11

R efri g er aç ão

Figura 1.1 a temperatura do refrigerante é elevada a 51,7 ºC. A diferença de 16,7 ºC entre a temperatura de condensação e o ar exterior é grande o suficiente para transferir facilmente o calor do condensador quente para o ar exterior quente. Nota: Quanto maior a diferença de temperatura entre duas substâncias, mais rápida é a transferência de calor de uma para a outra. Comprimindo o vapor de sucção de 475,49 kPa man (69 psig) para 1915,74 kPa man (278 psig), aumenta-se seu ponto de ebulição de 4,4 ºC para 1,7 ºC (ver a tabela P/T no Apêndice). Aquecido a 51,7 ºC, o vapor do evaporador libera o calor latente para o ar do ambiente mais frio, ao mesmo tempo que o refrigerante condensa para um líquido. Nota: A diferença entre a temperatura de condensação de um refrigerante e a temperatura ambiente é chamada de intervalo do condensador. EXEMPLO: 1 temperatura de condensação 51,7 ºC – ambiente 35 ºC = intervalo de condensador 16,7 ºC. De fato, ao deixar o compressor, o vapor tem temperatura acima de 51,7 ºC. Além do calor latente do evaporador, o vapor de descarga também contém o seguinte calor sensível: »»Superaquecimento do evaporador »»Superaquecimento da linha de sucção »»Calor do motor do compressor »»Calor de compressão Na Figura 1.1, o gás quente a 79,4 ºC que deixa o compressor deve dessuperaquecer, ou reverter o superaquecimento, antes de começar a se condensar em sua temperatura de saturação de 51,6 ºC. O processo de condensação continua a 51,6 ºC, eliminando o calor latente para o ambiente. Quando o líquido totalmente condensado é resfriado abaixo de sua temperatura de saturação, isso se chama sub-resfriamento. Para calcular o sub-resfriamento, determina-se a temperatura de condensação da pressão máxima e se subtrai a temperatura da linha do líquido que deixa o condensador. EXEMPLO: 2 A pressão máxima é de 1915,74 kPa man (278 psig) e a temperatura da linha do líquido da saída do condensador é medida a 46,1 ºC. Portanto, a temperatura de condensação 51,6 ºC – temperatura da linha do líquido 46,1 ºC = sub-resfriamento 5,5 ºC. O líquido se desloca do condensador para a TEV, onde o processo se reinicia. Esse ciclo remove o calor de onde ele não é desejado (espaço resfriado) e o rejeita para outro lugar (para o exterior). Essa é a definição básica do processo de refrigeração. Esta seção sobre o ciclo básico de refrigeração não é novidade para a maioria dos leitores. Entretanto, ainda assim a revisão é importante para formar a base para muito do que será discutido nos capítulos seguintes.

Refrigeração-3.indb 5

13/12/2011 17:52:11

Visite a página deste livro na Cengage Learning Brasil e conheça também todo o nosso catálogo

PARA TÉCNICOS EM AR-CONDICIONADO Tradução da 2ª edição norte-americana

Dick Wirz

é formado em

Administração e em Engenharia

to na área para empresas do ramo (também produz materiais didáti-

Aplicações

cos para tais treinamentos).

Tradução da 8ª edição norte-americana

REFRIGERAÇÃO COMERCIAL

tre em Gestão de negócios e téc-

Outras obras Física para cientistas e engenheiros – Volume 1: Mecânica

PARA TÉCNICOS EM AR-CONDICIONADO

Mecânica pela Virginia Tech, mes-

Dick Wirz

REFRIGERAÇÃO COMERCIAL

John W. Jewett Jr. e Raymond A. Serway

Físico-química – Volumes 1e2 David W. Ball

Mecânica dos materiais Tradução da 7ª edição norte-americana James M. Gere e Barry J. Goodno

Princípios de Física – Volume 2: Movimento ondulatório e termodinâmica Raymond A. Serway e John W. Jewett Jr.

ISBN 13 978-85-221-1119-0 ISBN 10 85-221-1119-7

Para suas soluções de curso e aprendizado, visite www.cengage.com.br

capa-refrigeracao2.indd 1

9 788522 111190 13/12/2011 17:55:48