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Engº Gladstone Fontgalland, Me. FLUIDOS REFRIGERANTES CONDICIONAMENTO DO AR SISTEMA DE COMPRESSÃO DE VAPOR Introdução As instalações de ar condicionado no Brasil são regidas pela Norma Brasileira NBR-6401 (Instalações centrais de ar condicionado para conforto), que estabelece as bases fundamentais para elaboração dos projetos, das especificações, termo de garantia e aceitação das instalações. Condicionar o ar de um ambiente fechado significa submeter o ar do recinto a certas condições compatíveis com o objetivo das atividades operacionais existentes no local, permitindo melhor conforto térmico, desempenho dos processos, durabilidade das máquinas e equipamentos e da estrutura física do prédio, independentemente das características do ar no ambiente exterior, controlando a temperatura, a umidade relativa, a velocidade e a pureza do ar. Pressão Em termodinâmica só se considera a pressão absoluta, que é a pressão medida pelo manômetro acrescida da pressão atmosférica ou dela diminuída. Manifold (múltiplo) Unidades de calor A unidade calor no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o joule (J). No entanto, utiliza-se também, como medida da quantidade de calor a caloria (cal), unidade estabelecida antes de se entender o calor como forma de energia. Sabe atualmente que: A caloria é definida como sendo a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama de água de 14,5ºC para 15,5ºC. No sistema britânico, a unidade correspondente de calor é a Unidade Térmica Britânica (BTU), do inglês British Thermal Unit, que é bastante usada para indicar a potência de refrigeração de aparelhos condicionadores de ar. O BTU é definido como sendo a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 libra-massa de água de 63ºF para 64ºF. Unidades de calor Uma unidade de energia térmica muito comum em sistemas de refrigeração é a Tonelada de Refrigeração (TR), definido pela ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-condicioning Engineers) como sendo a quantidade de calor que precisa ser retirada de uma tonelada de água (2.000 libras) para produzir gelo a 0ºC em 24 horas. Como 1 tonelada é igual a 2.000 libras e o calor latente de fusão do gelo é 144 BTU/ℓb, teremos: Fluidos Refrigerantes No fim do século XVIII, a inventividade do homem já produzia refrigeração no tempo e no lugar desejados. Foram criadas máquinas que baixavam a pressão do vapor d’água e apresentavam sua evaporação. Logo em seguida, no século XIX, foram inventadas máquinas compressoras e grande quantidade de diferentes fluidos foi testada como refrigerantes. Entre os refrigerantes de uso comum estava a amônia, o dióxido de carbono, o dióxido de enxofre, o cloreto de metila e, até certo ponto, os hidrocarbonetos. Porém, todos os refrigerantes então em uso tinham uma ou mais propriedades perigosas: alguns eram tóxicos, outros inflamáveis e outros, ainda, só trabalhavam sob pressões muito altas. Em 1928, C. F. Kettering, vice-presidente da General Motors, observou que, se a indústria de refrigeração pretendia mesmo crescer, precisava descobrir um novo gás refrigerante. E pediu a Thomas Midgely que descobrisse um. Três dias depois de aceitar a incumbência, Midgely e seus associados sintetizaramo DICLORODIFLUOROMETANO e emonstraram que essa substância não era inflamável e tinha uma toxicidade baixíssima. Com este avanço, surgiu na indústria da refrigeração o FLUORCARBONETO, possibilitando uma rápida expansão da refrigeração. Fluidos Refrigerantes Em 1929, a Companhia Du Pont foi convidada a colaborar no aperfeiçoamento de um processo comercial prático para a fabricação do novo gás refrigerante. Resultando a formação de uma nova companhia, a Kinetic Chemicals, Inc., uma sociedade constituída pela Du Pont e pela General Motors. Alguns anos mais tarde, a parte da General Motors foi comprada pela Du Pont e a responsabilidade pela fabricação de produtos de fluorcarbonetos passou a Divisão de Produtos FREON® da Du Pont. Aplicações - Climatização de ambientes residenciais, comerciais e industriais. - Climatização do interior de unidades móveis, com carros, caminhões, aviões, navios, submarinos. - Fabricação e conservação de sorvetes e gelo. - Fabricação de refrigerantes e cervejas. - Conservação de vacinas. - Conservação de produtos perecíveis. - Conservação de gêneros alimentícios. - Conservação de máquinas e equipamentos. - Manutenção e qualidade do processo fabril, como tingimento, fiação. - Manutenção de equipamentos elétrico-eletrônicos, como sala de computação. Propriedades Não há um fluido refrigerante que reúna todas as propriedades desejáveis, de modo que, um refrigerante considerado bom para ser aplicado em determinado tipo de instalação frigorífica nem sempre é recomendado para ser utilizado em outra. O bom refrigerante é aquele que reúne o maior número possível de boas qualidades, relativamente a um determinado fim. 1 – Não deve atacar a camada de ozônio; 2 – Não ser inflamável (inflamabilidade); 3 – Não ser explosivo (explosividade); 4 – Não se tóxico (toxidade); 5 – Não ser ácido (acidez); 6 – Elevado calor latente de vaporização; 7 – Miscibilidade com óleo; 8 – De fácil detectação em caso de vazamento; 9 – Qumicamente estável; 10 – Pequeno volume específico (menor trabalho do compressor). Cálculo da Carga Térmica por Irradiação Solar 𝑄 = 𝐴 ∙ 𝑈 ∙ 𝐷 𝑄 = Carga Térmica por Condução U=Coeficiente Global de Transmissão de Calor D=Diferença de Temperatura + Acréscimo ao Diferencial de temperatura devido a cor da superfície (Tabela 3.6 – Índice utilizado 5,5 °C) Nesse caso como foi utilizada janela de vidro simples, com início das atividades às 8h, o coeficiente de transmissão do calor solar através do vidro é de U = 488 kcal/h.m², conforme a tabela 3.5. Além do aumento de 15% no coeficiente de transmissão de calor solar, devido à esquadrias de alumínio. Novos fluidos refrigerantes Diagrama pressão-entalpia para o R 12 Diagrama pressão-entalpia para o R 12 Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor Superaquecimento e Subresfriamento Para que o sistema de refrigeração funcione de forme eficiente, proporcionando a temperatura adequada aos produtos com baixo consumo de energia elétrica e longevidade dos equipamentos, é importante que a área de manutenção faça o controle do Superaquecimento e Sub-resfriamento do sistema de refrigeração. Superaquecimento é a variação de temperatura após a evaporação de todo o fluído refrigerante no evaporador. Sub-resfriamento é a variação de temperatura após a condensação de todo o fluído refrigerante no condensador. Superaquecimento e Subresfriamento CONSEQUÊNCIAS DE SUPERAQUECIMENTO FORA DO LIMITE RECOMENDADO Quebra mecânica prematura do compressor; Carbonização do óleo, causando desgaste prematuro em todas as partes móveis do compressor; Falta de resfriamento do motor elétrico do compressor, podendo causar a queima do enrolamento do estator; Diminuição da capacidade frigorífica do evaporador e aumento da potência consumida do compressor CONSEQUÊNCIAS DE SUB-RESFRIAMENTO FORA DO LIMITE RECOMENDADO Presença indesejável de “flash gás” (evaporação instantânea do líquido) na linha de líquido fazendo com que a válvula de expansão termostática entre em “hunting”, ou seja, a ação modulante da válvula ficará comprometida com a presença do vapor refrigerante. Superaquecimento e Subresfriamento Temperatura de Saturação Ao se elevar a temperaturade um líquido a um ponto tal que qualquer calor adicional, que nele se aplique, faça com que parte do mesmo se transforme em vapor, diz-se que o líquido está saturado. A temperatura do líquido nessa condiçáo é denominada temperatura de saturação. Vapor Saturado Vapor saturado é o vapor produzido por um líquido em vaponzação, desde que se encontre nas mesmas .condições de pressão e temperatura do líquido saturado do qual provém. Pode-se definir vapor saturado também como vapor à temperatura tal que qualquer resfriamento faça com que o mesmo se condense e torne a estrutura molecular do estado líquido. Superaquecimento e Subresfriamento Vapor Superaquecido Vapor superaquecido é um vapor que se encontre a qualquer temperatura acima da saturação. Se, após a vaponzaçáo. se aquece o vapor, de maneira que a sua temperatura seja acima da temperatura da líquido em vaporizaçáo, diz-se que o vapor está superaquecído. Superaquecimento É a variação de temperatura após a evaporação de todo o fluído refrigerante (luíquido) no evaporador. Subresfriamento É a variação de temperatura após a condensação de todo o fluído refrigerante (vapor) no condensador. Procedimento para determinar o Superaquecimento 1° passo - Instalar o manômetro de baixa na sucção próximo ao compressor (superaquecimento total). 2° passo - Instalar o sensor do termômetro na sucção próximo ao compressor (isolar bem o sensor). 3° passo - Efetuar a medição da pressão de baixa e anotar. 4° passo - Efetuar a medição do termômetro e anotar ( T.Suc ). 5° passo - Comparar a pressão anotada ( item 3) com a tabela termodinâmica do fluído refrigerante do equipamento, e converter esta pressão em temperatura (T.Ev). 6° passo - Subtrair a temperatura de sucção (T.Suc) pela temperatura de evaporação (T.Ev), o resultado será o superaquecimento (Sup = T.Suc - T. Ev ). Procedimento para determinar o Subresfriamento 1° passo - Instalar o manômetro de alta na descarga do compressor. 2° passo - Instalar o sensor do termômetro na linha de líquido após o condensador (isolar bem o sensor). 3° passo - Efetuar a medição da pressão de alta e anotar. 4° passo - Efetuar a medição do termômetro e anotar (T. LLiq). 5° passo - Comparar a pressão anotada (item 3 ) com a tabela termodinâmica do fluído refrigerante do equipamento e converter esta pressão em temperatura (T. Cond). 6° passo - Subtrair a temperatura de condensação (T. Cond) pela temperatura da linha de líquido (T. LLiq), o resultado será o Subresfriamento (Sub = T. Cond - T. LLiq). Fluidos Refrigerantes Alternativos Na década de 1990, devido às características ecológicas, como ODP (potencial de destruição do ozônio) e GWP (potencial de aquecimento global), a discussão sobre o uso do CO2 como refrigerante ressurgiu, junto com os hidrocarbonetos e amônia. Dióxido de Carbono, CO2 ou R-744 (R – Refrigerante; 7 refere a Fluidos Inorgânicos; 44 – é a Massa Molecular) Amônia – NH3 - R-717 Água – H2O – R-718 Fluidos Refrigerantes Alternativos Fluidos Refrigerantes Alternativos Refrigerantes R134a ou Tetrafluoroetano - Muito semelhantes a do R 12; - Temperatura de evaporação de -15° a 12° C; - Capacidade volumétrica igual ou superior à do R 12; - Estrutura molecular diferente da do R 12: pode escapar mais facilmente através de micro vazamentos; - Não é inflamável nem tóxico; - Trabalha com óleos sintéticos: apenas esses se misturam com o R 134 a; No entanto a combinação de ambos absorve mais água que o R 12 e óleo mineral – para evitar esse problema normalmente isa-se um filtro secador especial adaptado a estrutura molecular do R 134 a; - O filtro secador deve ter carcaça em cobre, maior gramagem de molecular Sieves XH-9 (elemento secante) em torno de 20% - Na detecção de vazamentos pode-se usar aparelhos eletrônicos ou então uma lâmpada ultra-violeta. No elo das instalações com R 134 a existe um aditivo que emite uma luz fluorescente quando iluminado por uma lâmpada ultra-violeta. Detectar fugas através de chama não funciona para o R 134 a.
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