Ar Condicionado unidade condensadora universal

Componentes dos Sistemas
de Refrigeração

Compressores
Principais tipos de Compressores:
 Compressor alternativo
 Compressor centrífugo
 Compressor de parafusos
 Compressor de palhetas
 Compressor Scroll

Compressor Alternativo
Tipos de Compressores Alternativos:
 De simples ou duplo efeito;
 De um ou mais cilindros;
 Abertos, herméticos ou semi-herméticos;
 Horizontais, verticais, em V, em W ou radiais.
Sua capacidade de refrigeração varia desde
pequenas frações até centenas de kW (1 a 700kW)
(pequenas frações até 200 TR)
Obs.: TR Tonelada de Refrigeração (1TR = 3,5 kW)


Compressor Alternativo Aberto
Unidade Condensadora

Compressor Alternativo Semi-Hermético

Compressor Alternativo Hermético

Compressores Abertos
• Exigem um selo na ponta do eixo,
• Variação de sua rotação apenas pela modificação das polias
• Manutenção mais fácil (motor e compressor separados)
Compressores Herméticos e Semi-herméticos
• Funcionamento mais silencioso
• Difícil o surgimento de vazamentos de refrigerante
• O óleo age como refrigerante, isolante e lubrificante do motor
• Juntas podem dar origem a vazamentos de fluído frigorífico (semi)
• Não podem ser utilizados com amônia
• Maior taxa de rejeição de calor no condensador

Diagrama Pressão-Volume
3
1
m

Eficiência volumétrica de espaço morto
3 1
v,m
3 m
V V
100
V V

  

Definindo fração de espaço morto rm , como:
m
m
3 m
V
r 100
V V
 

Resulta para a Eficiência volumétrica de espaço morto
1
v,m m
m
V
100 r 1
V
 
   
 
 

Para expansão politrópica então:
1/ k
d
1
m 1
p
V
V p
 
 
 
1
v,m m
m
V
100 r 1
V
 
   
 
 
1/ k
d
v,m m
1
p
100 r 1
p
 
 
 
   
 
 
 
 

1/ k
d
v,m m
1
p
100 r 1
p
 
 
 
   
 
 
 
 

X
Temperatura de evaporação
Refrigerante R22
Tc=35 o
C

Potência
i
P m h
 

Onde : variação de entalpia na compressão isentrópica
e
i
h

v,m
asp
m taxa de deslocamento
100 v

 


Trabalho de compressão e potência
X
Refrigerante R22
Tc=35 o
C

Capacidade de refrigeração
X
Refrigerante R22
Tc=35 o
C
1 4
q m(h h )
 


Coeficiente de eficácia - COP
X
Refrigerante R22
Tc=35 o
C

X
Temperatura de Condensação
Refrigerante R22
To=  20 o
C

Capacidade de Refrigeração
X
Refrigerante R22
To=  20 o
C

Potência
X
Refrigerante R22
To=  20 o
C

Cap. Frigorífica[ kcal/h]
Tc
, o
C 
 To
,o
C
30 40 50
-20,0 14.410 12.650 10.810
-15,0 18.030 15.950 13.840
-10,0 22.050 19.610 17.070
-5,0 27.050 24.350 21.450
0,0 33.000 29.750 26.200
+5,0 39.800 35.900 32.000
+10,0 47.450 43.000 38.300

o
o
o
Cap. Frigorífica
Tc = 30 C
Tc = 40 C
Tc = 50 C
o
.
-20 -15 -10 -5 0 5 10
TEMPERATURA DE VAPORIZAÇÃO, To, em C
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
CA
PA
CIDA
DE
FRIG
O
R
ÍFIC
A,
Q
o,
em
kcal/h
Potência de Eixo
Tc = 30 C
Tc = 40 C
Tc = 50 C
-20.00 -10.00 0.00 10.00
TEMPERATURA DE VAPORIZAÇÃO, [ C ]
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
PO
TÊNC
IA
DE
EIXO
,
W
,
em
[
kW
]
O
Tc = 30 C
Tc = 40 C
Tc = 50 C
o
o
o
o
o
o
eixo
.

Eficiência volumétrica real
 Variação de temperatura do refrigerante ao
entrar no cilindro
 Variação de pressão do refrigerante na
válvula de admissão
 Fuga de refrigerante pelas válvulas de
admissão e descarga
real
v,m
0,79 0,90
 
real
v,m

t
0,90 0,95
 
p
0,93 0,97
 
f
0,95 0,98
 

Eficiência volumétrica efetiva e de espaço morto
X
Razão entre a pressão de descarga e a de
aspiração
Refrigerante R22
To=  20 o
C
Tc = 35 o
C

Controle de Capacidade em Compressores Alternativos
 Atuação no compressor, ligando-o ou desligando-o;
 Estrangulamento do gás de aspiração entre o
evaporador e o compressor através do uso de uma
válvula reguladora de pressão de sucção;
 Desvio do gás na descarga do compressor para a linha
de aspiração ou para o evaporador;
 Funcionamento a vazio de um ou mais cilindros,
através da abertura contínua da válvula de sucção;

• Capacidades de  50 até 350 TR
• Menor tamanho que os alternativos
• Menos partes móveis
• Permite a sucção de uma certa quantidade de líquido
• Menor eficiência que os alternativos em condições de carga parcial
• Óleo: - lubrificação
- vedação
- resfriamento
COP para chillers parafuso
(resfriados água)
Compressor de Parafusos

Compressor de Parafusos
Controle de Capacidade em Compressores de Parafusos
 Válvulas corrediças localizadas na carcaça do
compressor , que se movem na direção axial
provocando um retardamento do início da
compressão.

Compressor de Palhetas
Palhetas Simples

Múltiplas Palhetas

• Utilizados em geladeiras domésticas, congeladores e
condicionadores de ar (<0.75 kW to 3.0 kW)
• COP  2,7 (To = 2 ºC Tc = 50 ºC )

Compressor Centrífugo
COP para chillers centrífugos (resfriados água)

• Podem ser utilizados satisfatoriamente de 60 a 3000 TR
• To pode atingir de –50 a –100 ºC (sistemas de estágios múltiplos)
• Maior aplicação: resfriamento da água até 6 a 8 ºC (ar condicionado)

Controle de Capacidade em Compressores Centrífugos
 Variação da rotação.
 Regulagem das pás de pré-rotação na entrada do rotor

Compressor Scroll - Funcionamento

Compressor Scroll
Características
 A capacidade de refrigeração dos compressores Scroll, para
sistemas de expansão direta, está na faixa de 1 a 15 TR (52,3 kW)
 Podem ser encontrados com capacidade de até 60 TR
 Eficiência volumétrica, variando de 96,9 a 93,6% para um aumento
de relação de pressão de 2,77 para 3,58
 COP de 3,35 (Chillers resfriados a água)
 Admitem a sucção de uma certa quantidade de líquido
 Menos peças móveis (<50%)

Condensadores
Características
 Condensadores resfriados a ar
 Condensadores resfriados a água
 Condensador duplo tubo
 Condensador Carcaça e Serpentina (Shell and Coil)
 Condensador Carcaça e Tubo (Shell and Tube)
 Condensador de Placa
 Condensadores Evaporativos

Condensadores resfriados a ar
 Faixa de capacidade 1 a 100 TR (7 a 352 kW)
 É usual a sua montagem em paralelo, atingindo
capacidades superiores

• A temperatura de condensação deve ser fixada em um valor entre
11 °C e 15 °C maior que a temperatura de bulbo seco do ar que
entra no condensador.
• O valor ótimo da diferença entre a temperatura de condensação e a
temperatura do ar que deixa o condensador: 3,5 e 5,5 °C.
• Temperatura de condensação não deve ser superior a 55 °C.
– Tc = 48 °C, para temp. de evaporação maior ou igual a 0 °C;
– Tc = 43 °C, para temp. de evaporação menor que 0 °C;
• Devem ser instalados elevados, com relação ao nível do solo, para
prevenir acumulação de sujeira sobre as serpentinas.
• Garantir que existam aberturas adequadas e livres de qualquer
obstrução para entrada de ar frio e para a saída do ar quente.
• Entradas de ar localizadas longe do lado de descarga do ar para
evitar a aspiração de ar quente pelos ventiladores
Condensadores resfriados a ar

Condensadores resfriados a água
• Normalmente estes condensadores utilizam água
proveniente de uma torre de resfriamento
• A temperatura de condensação deve ser fixada em um valor
entre 5,0 e 8,0 °C maior que a temperatura da água que entra
no condensador

Condensadores duplo tubo
 Normalmente utilizados em unidades de pequena capacidade
 Condensadores auxiliares (paralelo com condensadores a água
 Limpeza difícil

Condensador Carcaça e Serpentina
(Shell and Coil)
 Normalmente são usados em unidades de pequena e média
capacidade, tipicamente até 15 TR
 Limpeza difícil

Condensador Carcaça e Tubo (Shell and Tube)
 São fabricados para uma vasta gama de capacidades,
sendo amplamente utilizados em pequenos e grandes
sistemas de refrigeração

• Aumentando-se o tamanho de um condensador, aumenta-se a
eficiência do compressor, mas ao mesmo tempo o seu custo inicial
também aumentará.
• Aumentando o fluxo de água de resfriamento aumenta-se a
capacidade de condensador, porém também aumenta-se o custo de
bombeamento da água e o seu consumo.
• Fator incrustação: está associado a uma resistência térmica
adicional devido à formação de incrustações (qualidade de água).
Para e água de boa qualidade, considera-se de 0,000044 m2
.°C/W

Condensador de Placa
• Placas de aço inox ou, em casos especiais, de outro material, de
pequena espessura (0,4 a 0,8 mm).
• Elevado coeficiente global de transferência de calor

Condensadores Evaporativos
• São selecionados com base em uma diferença de 10 a 15 °C, entre a
temp. de condensação e a temp. de bulbo úmido do ar que entra no
condensador.
• bomba de água destes condensadores é de menor capacidade que a
requerida pelos condensadores resfriados a água
• Devem estar localizados próximos dos compressores

Reservatórios de Líquido
Todo sistema de refrigeração deve ter um
reservatório com volume suficiente para armazenar a
carga total de refrigerante devido a:
 Paradas para manutenção
 Sazonalidade do processo de produção
Obs.: Em condensadores Shell and tube, o reservatório é
a própria carcaça.

Condensadores
 
c a p sa ea
Q m c T T
 
 
c ml
Q UA T
 

sa ea
ml c m m
T T
T T T T
2

    
 
 
a p
c c ea
a p
2m c UA
Q T T
UA 2m c
 




 
c cond c ea
Q F T T
 


Condensadores
 
c cond c ea
Q F T T
 


Evaporadores
Classificação quanto ao sistema de alimentação
 Evaporadores Secos (ou de Expansão Direta)
 Evaporadores Inundados
Classificação dos Evaporadores Quanto ao Fluído a Resfriar
 Evaporadores para o resfriamento de ar
 Evaporadores para o resfriamento de líquidos
 Carcaça e tubo (Shell and tube).
 Carcaça e serpentina e (Shell and coil).
 Cascata ou Baudelot.
 Evaporadores de Placas.
 Evaporadores de contato

Evaporadores Secos (ou de Expansão Direta)
• Refrigerante entra no evaporador, de forma intermitente, através de uma
válvula de expansão (VET)
• É completamente vaporizado e superaquecido ao ganhar calor em seu
escoamento pelo interior dos tubos
• “Baixo” coeficiente global de transferência de calor (dificuldade de se
manter a superfície dos tubos molhadas)
• fluídos frigoríficos
halogenados
• instalações de
capacidades não
muito elevadas.

Evaporadores de Expansão Direta – Carga Parcial

Evaporadores com circulação forçada de ar

• Utilizado em câmaras frigoríficas, salas de
processamento e túneis de congelamento
• Constituídos por uma serpentina aletada e
ventiladores montados em um gabinete
• Molhar a sua superfície externa pela
aspersão de um líquido (“evaporadores de
superfície úmida”) => Aumenta-se o coef.
global de transferência de calor
• Aspersão de água => Aumentar a umidade
relativa do ambiente (temp acima de 0 °C)
• Aspersão de glicol ou salmoura => Eliminar
a formação de gelo reduzindo o tempo e
perda de energia no degelo.

• Ventilador succionando  Permite maio alcance do fluxo de ar frio,
porém o calor dissipado pelo motor do ventilador não é retirado
imediatamente.
• Ventilador soprando  Menor alcance, porém calor dissipado pelo
motor do ventilador é retirado do ar imediatamente após a sua
liberação.

Comportamento em função de parâmetros dimensionais e
operacionais.
 Área de Face (produto da altura pela largura)
• Determina a velocidade de face
• Reduzindo-se a área de face => Aumenta-se a velocidade de face
• O coeficiente global de transferência de calor aumenta até um
determinado valor (depois não ocorrem mais aumentos significativos)
• A variação de temperatura do ar diminui (temp. na saída aumenta)
• A umidade do ar na saída da serpentina aumenta.
• Valores usuais: 2,0 a 4,0 m/s.
Obs.: Para evitar o arraste de gotas de água, a velocidade não deve ser
superior a:
• 3,0 m/s para serpentinas simples
• 3,5 m/s para serpentinas com eliminadores de gotas.

operacionais.
 Número de aletas por unidade de comprimento
• Aumentando-se o número de aletas por unidade de comprimento:
• Aumenta-se a variação de temperatura (menor temp. na saída)
• Aumenta-se a redução de umidade (menor umidade na saída)
• Para temperaturas acima de 0 °C, o número de aletas de uma
serpentina varia de 4 a 6 aletas por polegada
• Para temperaturas abaixo de 0 °C, no máximo de 2,5 aletas por
polegada.
• Para condicionamento de ar, que trabalham com temperaturas
elevadas, usa-se de 12 a 15 aletas por polegada.

operacionais.
Profundidade da serpentina, (No
de Rows)
• O no
de rows influencia na remoção de calor latente. Qto. maior este
número maior a redução de umidade do ar ao atravessar a serpentina.
• O no
de rows normalmente varia de 4 a 8.
Vazão de Ar
• O aumento da vazão de ar aumenta a velocidade de face
• Aumentando-se a velocidade de face:
- A variação de temperatura do ar diminui entre a entrada e a saída
- A remoção de umidade do ar diminui

operacionais.
 Temperatura do refrigerante
Maiores temperaturas do refrigerante implicarão em
• Maiores temperaturas da superfície externa da serpentina
• Diminuição da variação de temperatura do ar
• Diminuição da remoção de umidade
Umidade relativa em função da diferença entre temperatura do
refrigerante e da temperatura da câmara

 Número de Evaporadores
• Maior número de evaporadores garante uma distribuição uniforme do
ar frio por toda a área da câmara.
• Ambientes irregulares ou muito grandes podem necessitar de mais
de um evaporador
 Velocidade do Ar na Câmara.
• A velocidade do ar nas câmaras de conservação de produtos não
deve ser superior a 0,5 m/s (evitar a desidratação excessiva)

Evaporadores Inundados
• Usa de forma efetiva toda a sua superfície de transferência de calor,
resultando em elevados coeficientes globais de transferência de calor
• Normalmente utilizados com amônia
• Seu emprego é limitado em sistemas com refrigerantes halogenados
(dificuldade de retorno do óleo ao cárter do compressor).
• Exigem grandes quantidades de refrigerante
• Possuem um maior custo inicial

Evaporadores Carcaça e Tubo (Shell and tube)
• Utilizados na industria de refrigeração para o resfriamento de líquidos.
• São fabricados em uma vasta gama de capacidades
• Podem ser do tipo:
- Inundado, com alimentação por gravidade (refrigerante na carcaça)
- Expansão direta
- Recirculação por bomba

Evaporadores Carcaça e Tubo (Shell and tube)

Evaporador de Cascata ou Baudelot
• Utilizados para o resfriamento de líquidos, normalmente água para
processo, até uma temperatura em torno de 0,5 °C acima do seu ponto
de congelamento.
• São projetados de forma que não sejam danificados se houver
congelamento do líquido.
• Indústria de bebidas (cervejarias) e para o resfriamento de leite
Evaporadores de Contato
• Utilizados para o congelamento de produtos sólidos, pastosos ou
líquidos.
• Serpentinas de prateleiras em congeladores.
• Refrigerante circula através de canais existentes nas placas e o
produto a congelar é colocado entre (ou sobre) as placas.

Evaporadores
 
o a p ea sa
Q m c T T
 
 
 
 
a p
o ea o
a p
2m c UA
Q T T
UA 2m c
 




sa ea
ml m o m
T T
T T T T
2

    
 
 
a p
o ea o
a p
2m c UA
Q T T
UA 2m c
 




 
o evap ea o
Q F T T
 


Evaporadores
Coeficientes globais de transmissão de calor de alguns
evaporadores para líquidos

Dispositivos de Expansão
 Válvula de Expansão Termostática
 Válvulas de Expansão Eletrônicas
 Válvulas de Bóia
 Válvula de Expansão de Pressão Constante
 Tubos Capilares

Válvula de Expansão Termostática

Válvula de Expansão Termostática com
Equalização Interna

Válvula de Expansão Termostática - Aumento da Carga

Válvula de Expansão Termostática - Redução da Carga

Válvula de Expansão Termostática com
Equalização Externa

Características das Válvula de Expansão Termostática
(a) Carga Normal (b) Carga Cruzada

Capacidade Frigorífica de uma
Válvula de Expansão Termostática

Hunting
• Instabilidades => ciclos de superalimentação e subalimentação
• Causa flutuações de pressão e temperatura (reduz a capacidade)
• Gotas deste líquido transportadas até a saída do evaporador
• Determinado pelos seguintes fatores:
• Tamanho da Válvula. Válvula superdimensionada pode gerar
hunting.
• Grau de Superaquecimento. Quanto menor o grau de
superaquecimento, maior as chances da válvula entrar em
hunting.
• Posição do bulbo.

Válvulas de Expansão Eletrônicas
Princípio de operação:
 Um termistor é instalado na saída do evaporador;
 Uma mudança na temperatura na saída do evaporador altera a
resistência elétrica do termistor;
 A alteração da resistência elétrica é analisada por um circuíto
que envia um sinal para o posicionamento da agulha da válvula.

Válvulas de Expansão Eletrônicas
Comparadas com as válvulas de expansão termostática, as
principais vantagens das válvulas eletrônicas são:
 Promovem um controle mais preciso da temperatura.
 Promovem um controle consistente do superaquecimento,
mesmo em condições de pressão variável.
 São capazes do operar com menores pressões de
condensação. Isto é especialmente importante quando se tem
baixa temperatura ambiente.
 Podem resultar em economia de energia de 10% (ou mais)

Válvula de Expansão de Pressão Constante

Válvula de Expansão de Pressão Constante
• Fecha suavemente quando o compressor é desligado e
permanece fechada até que o compressor volte a ser ligado.
• Principais aplicações onde a temperatura de vaporização deve ser
mantida constante (controle de umidade em câmaras frigoríficas
ou evitar o congelamento em resfriadores de água).
• Proteção contra sobrecarga do compressor.
• Eficiência relativamente baixa

Tubos Capilares
Vantagens dos Tubos Capilares:
 Simplicidade (não apresentam partes móveis).
 Baixo custo.
 Permitem a equalização das pressões do sistema durante as
paradas (motor de acionamento do compressor pode ser de
baixo torque de partida).
 Redução da quantidade e custo do refrigerante e eliminação da
necessidade de um tanque coletor.

Tubos Capilares
Desvantagens dos Tubos Capilares:
 Impossibilidade de regulagem para satisfazer distintas
condições de carga.
 Risco de obstrução por matéria estranha.
 Exigência de uma carga de refrigerante dentro de limites
estreitos.
 Redução da eficiência operacional para qualquer variação da
carga térmica ou da temperatura de condensação.

Acessórios
 Pressostatos
 Termostatos
 Filtros e Secadores
 Separadores de óleo
 Válvulas Solenóide
 Visores de Líquido

Pressostatos
 Pressostatos de baixa pressão: desligam, quando a pressão de
sucção se torna menor do que um determinado valor;
 Pressostatos de alta pressão: desligam, quando a pressão de
descarga se torna maior do que um determinado valor;
 Pressostatos de alta e baixa: reúnem os dois tipos anteriores
num único aparelho;
 Pressostatos diferenciais: destinados ao controle da pressão
do óleo de lubrificação dos compressores

Termostatos
Indicam variações de
temperatura e fecham ou abrem
contatos elétricos
Podem ser classificados como:
 Bimetálico
 Termostato com bulbo sensor de temperatura
 Termostato eletrônico

Filtros e Secadores
São destinados a:
 Eliminar partículas estranhas nas tubulações de
sistemas refrigeração
 Eliminar a umidade presente no sistema
Podem ser montados tanto na linha de sucção como na
linha de líquido

Filtros e Secadores
“By pass” para isolamento em instalações de médio e
grande porte
 Utilizados no circuito por um período de 10 a 15 dias

Separadores de óleo
Problemas relacionados ao óleo
 Formação de espuma no óleo do carter
do compressor (Resistência elétrica no
carter)
 Remoção do filme de óleo nos mancais
do compressor
 Redução do coeficiente de troca de calor
no evaporador e condensador
 Golpes de líquido no compressor
São instalados na descarga do
compressor, para reduzir a circulação de
óleo no circuito

Válvulas Solenóide
 Usadas para controlar o fluxo de refrigerante líquido
para a válvula de expansão para promover o
recolhimento de refrigerante “pump-down”
Bobina
Armadura
Circuito
aberto
Bobina
Armadura
Circuito
fechado
(b)
(a)

Visores de Líquido
 São colocados normalmente na saída do
reservatório de líquido
 Permitem verificar se existe umidade no
sistema
 Permitem verificar se a carga de refrigeração
está completa;

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