História sobre compressores - Refrigeração Industrial

1. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 1
Sistemas de Refrigeração por
Compressão Mecânica de
Vapor

2. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 2
Aspectos Históricos e
Ambientais

3. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 3
Uso de Gelo NaturalUso de Gelo Natural
• Utilização de gelo transportado
de regiões mais frias.
• Armazenamento de gelo do
inverno para uso no verão.
• Obtenção de gelo durante noites
frias, para uso durante o dia.
Greek wine cooler of 6th century B.C. found at
Vulci, in central Italy.
Chinese refrigerator, built
for the Emperor, Shih
Huang Ti (221-207 B.C.).
It was made from giant
terra-cotta rings about 90
centimeters high and
1.70 meters in diameter,
and went down 13 meters
below ground level.

4. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 4
Ice HousesIce Houses
Cullross, ScotlandCullross, Scotland
Monticello – Home of Thomas Jefferson – USAMonticello – Home of Thomas Jefferson – USA
Hatchford. EnglandHatchford. England

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• A comercialização de gelo em escala comercial
deve-se a Frederic Tudor que, em 1806, iniciou a
venda de gelo extraído do rio Hudson.
• Um dos principais problemas da época era a
inexistência de isolantes térmicos de qualidade,
o que exigia que as ice houses fossem
construídas com espessuras de parede da ordem
de 1 metro.
Frederic Tudor (1783-1864)
Uso de Gelo NaturalUso de Gelo Natural
Colheita de gelo

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• O comércio de gelo natural se expandiu rapidamente. Em 1879 haviam 35
operações comerciais nos USA, 200 uma década mais tarde e 2000 em
1909.
Uso de Gelo NaturalUso de Gelo Natural
• Em 1854, por exemplo, 156.000 toneladas
de gelo natural foram exportadas do porto
de Boston.
• Por volta de 1890, o uso de gelo natural
começou a declinar devido a poluição das
fontes de água. Isso facilitou a penetração
no mercado de gelo produzido
artificialmente.
• No início do século XX as 10 maiores
empresas da bolsa de valores de NY
exploravam o gelo natural.
• O comércio de gelo natural ainda persistiu
por um longo tempo após a introdução da
refrigeração mecânica. Janeiro, 1914

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O Trabalho de PerkinsO Trabalho de Perkins
• Durante os séculos XVIII e XIX várias pesquisas, voltadas para o segmento
de refrigeração, foram realizadas na Europa, notadamente na França e na
Inglaterra.
• Em 1755, Willian Cullen (1710-1790), professor da Universidade de
Edimburgo, obteve gelo a partir da evaporação do éter. O processo de
produção de frio era descontinuo e não foi usado para qualquer propósito
prático.
• A primeira descrição completa de um equipamento
de refrigeração, operando de maneira cíclica e
utilizando éter como fluido refrigerante, foi feita por
Jacob Perkins, em 1834 (British Patent 6662).
Jacob Perkins
(1766-1849)
• O trabalho de Perkins despertou pouco interesse.
Não foi mencionado na literatura da época e
permaneceu esquecido por aproximadamente 50
anos, até que Bramwell descreveu o artigo para o
Journal of the Royal Society of Arts.

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• O principal responsável por tornar o
princípio de refrigeração por
compressão mecânica em um
equipamento real foi James Harrison.
Não se sabe se Harrison conhecia ou
não o trabalho de Perkins. Em 1856 e em
1857 obteve, respectivamente, as
patentes britânicas 747 e 2362.
• Em 1862, durante uma exibição
internacional em Londres , o
equipamento de Harrison,
fabricado por Daniel Siebe e
utilizando éter como fluido
refrigerante, foi apresentado à
sociedade da época.
James Harrison (1816-1893)
O Trabalho de HarrisonO Trabalho de Harrison

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Ice BoxesIce Boxes
• No início do século XX, os refrigeradores domésticos eram
essencialmente ice boxes, que dependiam do fornecimento quase
diário de gelo de uma planta de refrigeração.
• Como desvantagens dessa forma de produção de frio podem ser
citadas: reposição do gelo, drenagem e taxa de resfriamento
variável.

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• A disponibilidade de unidades seladas de refrigeração logo se tornou uma
realidade. Entretanto todos os refrigerantes conhecidos, por volta de 1928,
eram tóxicos, inflamáveis ou ambos. Acidentes, inclusive com mortes, eram
comuns.
Unidades SeladasUnidades Seladas
• New York times e outros jornais faziam campanha para eliminar os
refrigeradores domésticos, que até então utilizavam SO2 como refrigerante.
Nessa época, 85% das famílias americanas que dispunham de eletricidade
não possuíam refrigeradores domésticos.
SO2
R-40
R-134
Frigidaire
1923
Brinde

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Fluidos RefrigerantesFluidos Refrigerantes
• Éter (temperatura de ebulição = 34oC)  pressão de evaporação <<
Patm (penetração de ar no sistema  mistura explosiva). Pressão de
condensação baixa  não requer construção "pesada" no lado de
alta.
• Em 1866, Franz Windhausen, em Berlim  CO2 (dióxido de carbono).
Pevap > Patm, mas Palta > 100 bar  construção pesada. Substituição por
novos refrigerantes iniciou em 1955. Operação perto do ponto crítico
 menor eficiência. Temperatura crítica = 31oC.
• Em 1870 Carl Von Linde, em Munique  Amônia (temperatura de
ebulição = -33,3oC). Pressão de condensação  15 bar. Toxidez.
• Raoult Pictet introduziu o dióxido de enxofre (SO2) (temperatura de
ebulição = -10oC), em Genebra, em 1874. Toxidez.

12. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 12
• Em 1928, a Frigidarie solicitou a um grupo de
cientistas, liderados por Thomas Midgley, que
identificasse um refrigerante que não fosse tóxico
nem inflamável. Em menos de duas semanas, a
família dos hidrocarbonetos halogenados (CFCs),
forneceu a solução para o problema.
• Os CFCs eram conhecidos como compostos
químicos desde o século XIX, mas suas
propriedades como refrigerantes foram
investigadas primeiramente por Thomas Midgley.
O Trabalho de MidgleyO Trabalho de Midgley
Thomas Midgley
(1889-1944)
• A descoberta não foi anunciada ao público devido à histeria contra
refrigeradores, existente na época. Após dois anos de testes os
CFC's foram apresentados ao público num encontro da Sociedade
Americana de Química.
• A produção comercial de CFC-12 (CCl2F2), iniciou em 1931 e a do
CFC-11 (CCl3F) em 1932.

13. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 13
• Durante aproximadamente 70 anos o CFC-12, como refrigerante, e o
CFC-11, como agente expansor de espuma, reinaram absolutos no
segmentos de refrigeração doméstica e comercial leve.
O Reinado do CFC-12 e do CFC-11O Reinado do CFC-12 e do CFC-11
• O reinado desses fluidos começou a
declinar quando, em 1974, o Prof.
Sherwood Rowland e o Dr. Mario
Molina, associaram os CFC’s com a
redução da camada de ozônio da
estratosfera.
• A teoria de Rowland e Molina foi
comprovada em 1985, com a
descoberta de um buraco na camada
de ozônio sobre a Antártida.
• O trabalho de Rowland e Molina foi
reconhecido com o prêmio Nobel de
Química, em 1995.

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• Como conseqüência do Protocolo de Montreal
(1987) a maioria das aplicação domésticas e
comerciais leves passou a adotar o HFC-134a
como refrigerante e o HCFC-141b como agente
expansor de espuma.
O Reinado do HFC-134a e do HCFC-141bO Reinado do HFC-134a e do HCFC-141b
• Além de boas propriedades químicas e termodinâmicas, os HFCs não
são tóxicos ou inflamáveis. Por outro lado possuem baixa
compatibilidade química com os materiais do sistema, especialmente
com óleos minerais, o que exige a utilização de óleos ésteres (POEs e
PAGs). Além disso tais fluidos são susceptíveis a presença de
contaminantes no sistema.
• Mesmo com tais limitações o HFC-134a recebeu uma grande aceitação
do mercado.
HFC-134a

15. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 15
Os Refrigerantes NaturaisOs Refrigerantes Naturais
• O reinado absoluto do HFC-134a/HFC-141b foi relativamente curto, pois logo
se percebeu que tais substâncias apesar de terem um efeito mínimo sobre a
camada de ozônio, possuem um efeito marcante sobre o efeito estufa.
HC-600a
Ciclopentano
• A pressão pela utilização de fluidos refrigerantes
naturais foi imediata. Isobutano (HC-600a) no setor de
refrigeração doméstica e propano (HC-290) e dióxido de
carbono (CO2/R-744) no setor de refrigeração comercial
leve.
• O HFC-141b foi rapidamente substituído pelo
ciclopentano, na maioria das aplicações domésticas e
comerciais leves.
CO2/R-744

16. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 16
• Em 2006, o Parlamento europeu baniu a utilização de compostos químicos
a base de flúor (F-Gases), com GWP100 superior a 150, em novos tipos de
veículos a partir de 2011.
Situação AtualSituação Atual

17. EMC 588 – Princípios de Refrigeração e Condicionamento de Ar – Prof. Cláudio Melo 17
Situação AtualSituação Atual
• A indústria automotiva está considerando dois candidatos principais: CO2
e R-1234yf .
• Embora o CO2 tenha o apelo de refrigerante natural, existem
considerações a respeito da complexidade do sistema, peso e aumento do
consumo de combustível
• O R-1234yf possui propriedades termodinâmicas similares ao R-134a, além
de ser estável e compatível com a maioria dos materiais. Seu GWP100 é de
4. O tempo de residência na atmosfera é de apenas 11 dias.
• No dia 20/05/2010 a associação de fabricantes de veículos alemã, anunciou
que iria adotar o R-1234yf, desistindo portando da sua escolha pelo CO2,
anunciada em 2007
• No momento a indústria automobilística se encontra num impasse. O HFC-
134a continua a ser usado enquanto se discute o que significa exatamente
um “novo tipo de veículo”.