7ª Aula de Refrigeração - Compressores

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CCE1053 – Refrigeração e Climatização
Aula 7 : Compressores
Refrigeração e Climatização
COMPRESSORES
Funções: 
O Compressor toma o vapor do refrigerante a uma baixa pressão e temperatura, 
eleva-o a uma alta pressão e temperatura. 
Assim pode-se afirmar que ele :
2) Aumenta a pressão e a temperatura do refrigerante no condensador o 
suficiente p/ permitir que dissipe calor para o ar ou água a temperatura 
existente; 
3) Movimenta o fluido refrigerante através da tubulação e componentes do 
sistema.
1) Reduz a pressão e a temperatura do refrigerante no evaporador, permitindo 
absorver calor das redondezas; 
Refrigeração e Climatização
Tipos de compressores
• Compressores Alternativos
• Compressores de Palhetas
• Compressores de Lóbulos
• Compressores de Parafuso
• Compressores Centrífugos
• Compressores Scroll
Compressor Alternativo Hermético
Refrigeração e Climatização
Compressor Alternativo Semi-hermético
Refrigeração e Climatização
Compressor Alternativo Aberto
Refrigeração e Climatização
Compressor Scroll
Refrigeração e Climatização
Compressor de parafuso
Refrigeração e Climatização
Compressor Centrífugo
Refrigeração e Climatização
Compressores Alternativos
Os compressores alternativos são os mais utilizados, abrangendo a maioria 
das aplicações de refrigeração e ar condicionado.
São especialmente recomendados para sistemas com refrigerantes que 
requerem pequena vazão e com condensação e pressão relativamente altas.
Os compressores Alternativos podem ser mono ou multicilindros.
Durante a descida do êmbolo o refrigerante é aspirado pela válvula de 
aspiração, e durante a subida o pistão comprime o refrigerante e 
posteriormente o empurra para fora através da válvula de descarga.
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
A - vapor de sucção ➔ azul
A - vapor de descarga ➔ vermelho
B- pistão desce – pressão 
no cilindro diminui, quando a 
pressão cilindro é menor do que 
a linha de sucção : válvula 
abre e enche de vapor de sucção
C - pressão no cilindro diminui e 
acima da válvula são iguais. 
A válvula é fechada por ação da 
mola.
D – compressão do vapor 
= aumento de pressão.
pressão no cilindro acima da 
pressão no condensador; 
válvula de descarga abre
e o gás a alta pressão é 
descarregado no condensador
curso de sucção curso de compressão
Refrigeração e Climatização
E- pistão do cilindro = pressão 
no condensador ; válvula permanece 
fechada pela mola, quando a válvula 
de descarga está fechada permanece 
uma pequena área de gás a alta 
pressão entre o topo do pistão e o 
fundo da válvula como mostrado 
na flecha. Esse espaço é conhecido 
como espaço (volume) nocivo.
F – quanto mais alta a pressão no 
volume nocivo , mais o pistão tem 
que descer antes que possa receber 
o vapor de sucção.
Quanto mais o pistão descer antes
que a válvula de sucção se abra, 
menos volume de vapor de sucção 
ele poderá atingir.
Isso afeta contrariamente a eficiência
volumétrica do compressor.
Refrigeração e Climatização
De acordo com o Ciclo Reverso de Carnot
Refrigeração e Climatização
Compressores
Eficiência volumétrica do espaço nocivo 
Seja considerada a Figura 3.2. 
O volume máximo ocorre quando o êmbolo se encontra na posição 3 e o volume mínimo. 
denominado "volume de espaço nocivo” Vn ocorre quando o êmbolo se encontra na 
posição n. 
Seja considerada a pressão de descarga igual a pd e a pressão de aspiração igual a p1. 
O gás retido no espaço morto se expande até o volume V1, antes que a pressão no 
interior do cilindro seja pequena o suficiente para permitir a abertura da válvula de 
admissão e a admissão de gás. 
O volume de gás admitido no cilindro é dado por V3 – V1 e a eficiência volumétrica de 
espaço nocivo é definida como: 
𝐯𝐧 =
𝐕𝟑 − 𝐕𝟏
𝐕𝟑 − 𝐕𝐧
𝐱 𝟏𝟎𝟎
Refrigeração e Climatização
Gráficos de Compressores
Vn
Refrigeração e Climatização
Definindo a fração do espaço nocivo , rn , como :
𝐫𝐧 =
𝐕𝐧
𝐕𝟑 − 𝐕𝐧
𝐱 𝟏𝟎𝟎
após algum algebrismo, tem-se :
𝐯,𝐧 = 𝟏𝟎𝟎 − 𝐫𝐧
𝐕𝐚𝐬𝐩
𝐕𝐝𝐞𝐬
− 𝟏 (equação 3.4)
em que Vasp é o volume específico do vapor admitido no compressor e Vdes é o 
volume específico do vapor após a compressão isentrópica até pd. 
Esses volumes podem ser obtidos nas tabelas de propriedade dos fluidos ou nos 
diagramas. 
Refrigeração e Climatização
Considerando-se a expansão politrópica, em que:
𝐕𝐚𝐬𝐩
𝐕𝐝𝐞𝐬
=
𝐩𝐝
𝐩𝟏
Τ
𝟏
𝐧
Resulta : 
𝐯,𝐧 = 𝟏𝟎𝟎 − 𝐫𝐧
𝐩𝐝
𝐩𝟏
Τ
𝟏
𝐧
− 𝟏
O expoente n pode assumir valores entre 1, para expansão isotérmica, e k (Cp/Cv) para 
expansão adiabática, sendo k a razão de calores específicos, Cp o calor específico à 
pressão constante e Cv o calor específico a volume constante. 
No compressor ideal, considera-se a compressão e a expansão do gás retido no espaço 
morto como isentrópica. 
O único fator que afeta eficiência volumétrica do compressor ideal é expansão do gás 
retido no espaço nocivo. 
Refrigeração e Climatização
𝐦 =
𝐐 (
𝐦3
𝐬 )
𝐕 𝐚𝐬𝐩𝐢𝐫𝐚çã𝐨 (𝐦³/𝐬)
vazão do refrigerante
da def. de rendimento volumétrico do espaço nocivo
𝐐 =
𝐫𝐞𝐧𝐝.𝐯𝐨𝐥𝐮𝐦é𝐭𝐫𝐢𝐜𝐨
𝟏𝟎𝟎
x taxa deslocamento
𝐦 = (𝐭𝐚𝐱𝐚 𝐝𝐞 𝐝𝐞𝐬𝐥𝐨𝐜𝐚𝐦𝐞𝐧𝐭𝐫𝐨)
𝒆𝒏
(𝟏𝟎𝟎)𝐕 𝐚𝐬𝐩𝐢𝐫𝐚çã𝐨
Refrigeração e Climatização
Ciclo de compressão: Pressão x volume
Volume Deslocado = 
 . 𝐃𝟐. 𝐒 .𝐙 .𝐍
𝟒
D ➔ diâmetro do cilindro
S ➔ curso do pistão
Z ➔ quantidade de pistões
N ➔ rotação do compressor
Há perdas
Eficiência Volumétrica Efetiva = 
𝐕𝐚𝐳ã𝐨 𝐑𝐞𝐚𝐥
𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 𝐝𝐞𝐬𝐥𝐨𝐜𝐚𝐝𝐨 𝐭𝐞ó𝐫𝐢𝐜𝐨
𝐱 𝟏𝟎𝟎
Refrigeração e Climatização
A Figura 3.3 apresenta o efeito da temperatura de evaporação 
sobre a eficiência de espaço nocivo de um compressor ideal. 
Para determinar a eficiência volumétrica do compressor com fração 
de espaço nocivo de 4,5%, operando a uma temperatura de 
condensação de 35ºC, com refrigerante R22 e uma taxa de 
deslocamento de 0,05 m³/s. utilizou-se a equação 3.4. 
𝐯,𝐧 = 𝟏𝟎𝟎 − 𝐫𝐧
𝐕𝐚𝐬𝐩
𝐕𝐝𝐞𝐬
− 𝟏
De acordo com a figura, a eficiência de espaço morto é 
nula para uma temperatura de vaporização 
de -61ºC, cuja pressão de evaporação 
corresponde à p3 da Figura 3.2. 
Para a pressão de aspiração igual pressão 
de descarga, a eficiência volumétrica é de 100%. Vn
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Potência 
Para um compressor ideal, a potência é dada pelo produto da vazão pela variação da 
entalpia na compressão isentrópica. como segue: 
ሶ𝐖 = ሶ𝐦 𝐡𝐢
em que: W é a potência, ሶ𝒎 é a vazão e hi é a variação de entalpia na compressão 
isentrópica. 
Gráficos de Compressores
A Figura 3.4 apresenta a variação da potência P e do trabalho de 
compressão hi em função da temperatura de evaporação. 
Para temperaturas de evaporação baixas, hi é grande. 
À medida que a temperatura de evaporação vai aumentando, hi vai 
diminuindo, até atingir zero, quando então a pressão de aspiração se iguala 
à de descarga. 
Refrigeração e Climatização
Gráficos de Compressores
A curva de potência apresenta valor nulo em dois pontos. 
O primeiro ponto corresponde à vazão nula; o segundo, corresponde à 
condição de temperatura de evaporação igual à de condensação. 
Entre esses dois pontos a curva de potência atinge um valor máximo. 
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
A Figura 3.4 apresenta a variação da potência P e do trabalho de compressão hi em 
função da temperatura de evaporação. 
Para temperaturasde evaporação baixas, hi é grande. 
À medida que a temperatura de evaporação vai aumentando, hi vai diminuindo, até 
atingir zero, quando então a pressão de aspiração se iguala à de descarga. 
A curva de potência apresenta valor nulo em dois pontos. 
O primeiro ponto corresponde à vazão nula; o segundo, corresponde à condição de 
temperatura de evaporação igual à de condensação. 
Entre esses dois pontos a curva de potência atinge um valor máximo. 
A maioria dos sistemas frigoríficos trabalha à esquerda do pico da curva de potência. 
Refrigeração e Climatização
A maioria dos sistemas frigoríficos trabalha à esquerda do pico da curva de potência. 
Durante a partida, a temperatura no evaporador é alta, e a potência passa pelo pico. 
Muitas vezes, os motores são superdimensionados para suportar este pico, o que não é 
adequado em termos de uso eficiente de energia. 
O superdimensionamento, no entanto, pode ser evitado reduzindo-se artificialmente a 
pressão de evaporação por meio de um dispositivo de estrangulamento. 
Durante a operação normal, cargas térmicas elevadas aumentam a temperatura de 
evaporação e, consequentemente, a potência do compressor, podendo sobrecarregar o 
motor.
Refrigeração e Climatização
Capacidade de refrigeração 
A capacidade de refrigeração é dada por: 
q = ሶ𝒎( h1 – h4) 
em que h1 e h4 são as entalpias do refrigerante na saída e na entrada do 
evaporador, respectivamente. 
A capacidade de refrigeração em função da temperatura de evaporação é 
apresentada na Figura 3.5. 
A capacidade de refrigeração aumenta com o aumento da temperatura de 
evaporação.
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Coeficiente de eficácia 
O coeficiente de eficácia, definido pela relação entre a capacidade de refrigeração e a 
potência, em função da temperatura de evaporação, é apresentado na Figura 3.6. 
O coeficiente de eficácia aumenta com o aumento da temperatura de evaporação. 
À medida que a temperatura de evaporação diminui, o volume específico aumenta e a 
vazão em massa no compressor diminui, reduzindo a capacidade de refrigeração e, 
consequentemente, o coeficiente de eficácia. 
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Efeito da temperatura de condensação 
Instalações frigoríficas normalmente rejeitam calor através do condensador 
para a atmosfera, cujas condições variam ao longo do ano. 
A Figura 3.7 apresenta eficiência volumétrica de espaço nocivo de um compressor 
operando a uma temperatura de evaporação de -20ºC em função da temperatura de 
condensação. 
À medida que temperatura de condensação aumenta, a eficiência volumétrica diminui. 
O mesmo ocorre com a capacidade de refrigeração, apresentada na Figura 3.8. 
A potência em função da temperatura de condensação é apresentada na Figura 3.9. 
A curva de potência apresenta valor máximo do mesmo modo que a variação da 
potência com a temperatura de evaporação. 
Apesar de não apresentado, o coeficiente de eficácia diminui com o aumento 
temperatura de condensação. 
Refrigeração e Climatização
Considerando a potência e a eficiência, é interessante que a temperatura de 
condensação seja a menor possível. 
Assim, é importante manter o condensador limpo, trabalhando com o agente de 
resfriamento (ar ou água) o mais frio possível. 
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Eficiência volumétrica efetiva 
Além da expansão do gás residual do espaço morto, outros fatores, tais como perda de 
carga e fugas através das válvulas de admissão e descarga, fugas pelos anéis dos 
êmbolos e aquecimento do gás aspirado pelo cilindro, afetam a eficiência volumétrica. 
Todos esses fatores contribuem para a diminuição da eficiência volumétrica. 
A Figura 3.10 apresenta eficiência volumétrica efetiva comparada com a eficiência 
volumétrica de espaço nocivo, em função da razão entre a pressão de descarga e a de 
aspiração. 
Para o cálculo da eficiência volumétrica de espaço morto, foi admitida uma fração de 
espaço morto de 4,5%. 
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Eficiência de compressão 
A eficiência de compressão c , em porcentagem, é dada por: 
c = Trabalho de compressão isoentrópica, [kJ/kg] x 100
Trabalho real de compressão, [kJ /kg] 
em que os trabalhos de compressão referem-se às mesmas pressões de aspiração 
e descarga. 
Para compressores alternativos abertos, essas eficiências variam entre 65 e 70%. 
Refrigeração e Climatização
Temperatura de descarga do compressor 
Temperaturas de descarga do compressor excessivamente altas podem deteriorar o 
óleo de lubrificação, resultando em desgaste excessivo e redução da vida útil das 
válvulas, especialmente das válvulas de descarga. 
De maneira geral. quanto maior a razão de pressões maior a temperatura de descarga. 
O refrigerante utilizado também influencia a temperatura de descarga do compressor. 
A amónia. por exemplo, apresenta altas temperaturas de descarga, exigindo 
compressores com cabeçotes refrigerados a água. 
Refrigeração e Climatização
Controle de capacidade 
Os sistemas frigoríficos em operação estão sujeitos a variações de carga térmica. 
O aumento de carga térmica sem uma resposta do compressor pode provocar aumento 
na temperatura de evaporação e comprometer a qualidade dos produtos armazenados. 
Por outro lado, o funcionamento contínuo do compressor para uma condição de carga 
térmica reduzida pode baixar demasiadamente a temperatura de evaporação, o que pode 
ser indesejável, por exemplo, na conservação de alimentos frescos, cuja temperatura é 
controlada. 
Refrigeração e Climatização
Entre os vários métodos empregados no controle de capacidade do compressor estão: 
• atuação no compressor, ligando-o ou desligando-o; 
• estrangulamento do gás de aspiração entre o evaporador e o compressor por meio 
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 descarga.
Refrigeração e Climatização
Compressor 
alternativo
ideal volume de gás
admitido = v3 – v1
volume de gás
espaço nocivo = vc
eficiência volumétrica do espaço nocivo =  vn = 
𝐯𝟑 − 𝐯𝟏
𝐯𝟑 − 𝐯𝐜
𝐱 𝟏𝟎𝟎
Eficiência volumétrica é a expressão 
empregada para descrever a operação 
de um compressor quando 
comparado à sua capacidade prevista 
no projeto. A capacidade do 
compressor pode ser afetada pelas 
variações na pressão de sucção e na 
pressão de descarga, assim como 
pela condição de suas válvulas e seus 
anéis. 
Refrigeração e Climatização
Rendimento volumétrico de espaço nocivo
 vn = 
𝒗𝒂𝒛ã𝒐 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎é𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂 𝒒𝒖𝒆 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂 𝒏𝒐 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒆𝒔𝒔𝒐𝒓 (
𝒎𝟑
𝒔
)
𝒕𝒂𝒙𝒂 𝒅𝒆 𝒅𝒆𝒔𝒍𝒐𝒄𝒂𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 (
𝒎𝟑
𝒔
)
𝐟𝐫𝐚çã𝐨 𝐝𝐞 𝐞𝐬𝐩𝐚ç𝐨 𝐧𝐨𝐜𝐢𝐯𝐨 =  % =
𝐕𝐞𝐧
𝐕𝟑 −𝐕𝐞𝐧
. 100
en = 
𝐯𝟑 − 𝐯𝟏
𝐯𝟑 − 𝐯𝐧
𝐱 𝟏𝟎𝟎
massa constante durante expansão do gás do en
𝐕𝟏
𝐕𝐞𝐧
= 
𝐕𝐚𝐬𝐩𝐢𝐫𝐚çã𝐨
𝐕𝐝𝐞𝐬𝐜𝐚𝐫𝐠𝐚
 vn = 100 - [ (
𝐩 𝐝𝐞𝐬𝐜𝐚𝐫𝐠𝐚
𝐩 𝐚𝐬𝐩𝐢𝐫𝐚çã𝐨
)
𝟏
𝐧 −𝟏
Refrigeração e Climatização
Efeito da temperatura de evaporação sobre a capacidade de refrigeração
(amônia)  = 4,0% ; d= 0,146 m3/s
T cond. cte = 35º C
𝐂𝐚𝐩𝐚𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝𝐞 𝐝𝐞 𝐫𝐞𝐟𝐫𝐢𝐠𝐞𝐫𝐚çã𝐨 =
(vazão) (efeito de refrigeração)
efeito de refrigeração = incremento de 
entalpia do refrigerante através do 
evaporador em cuja saída é admitido 
como vapor saturado
o conhecimentodo efeito da temperatura
de evaporação ou da pressão de 
aspiração é muito importante para os 
engenheiros, uma vez que frequentemente 
se defrontam com situações onde é 
necessário decidir que parâmetro deve ser 
afetado a fim de elevar a capacidadedo
sistema.
Tevap afeta pouco Erefr. ➔ Capacidade frigorífica (comp) é determinada pela vazão (gráf. anterior)
Refrigeração e Climatização
Efeito da temperatura de evaporação sobre a potência de compressão
potência de compressão =
(vazão) . ( trabalho de compressão)
(amônia)  = 4,0% ; d= 0,146 m3/s
T cond. cte = 35º C
Importante : 
seleção do compressor 
➔ consumo de energia
Observar condições de partida do 
motor : Superdimensionar o 
compressor ou estrangular o gás 
na aspiração (válvula) ou desativar 
alguns cilindros
Tcondensação➔ compressor não comprime o gás
isoentrópico
Refrigeração e Climatização
Efeito da temperatura de condensação sobre a vazão de refrigerante
e a capacidade de refrigeração
(amônia)  = 4,0% ; d= 0,146 m3/s
T evaporação= -40º C
Compressor ideal : 
compressão isoentrópica e 
rendimento volumétrico de 
ação exclusiva do espaço nocivo
V aspiração = constante ➔ pela manutenção da mesma Tevaporação
Refrigeração e Climatização
Efeito da temperatura de condensação sobre a vazão de refrigerante
e a capacidade de refrigeração
Ocorrências idênticas 
às do gráfico anterior
Refrigeração e Climatização
Exemplo : Rendimento volumétrico real
Determine o rendimento volumétrico real do compressor da tabela de 
desempenho de compressor de amônia para temperaturas de evaporação e 
condensação de -20º C e 25º C respectivamente.
da Tabela da Vilter : capacidade de refrigeração = 186,7 kW
vapor que deixa o evaporador saturado a -20º C : entalpia na saída = 1.437,7 kJ/kg
líquido que entra do dispositivo expansão, saturado : entalpia = 317,67 kJ/kg
volume específico do vapor que deixa o evaporador e entra no compressor 
= 0,6237 L/kg = 0,624 m³ / kg
𝐦 =
𝟏𝟖𝟔,𝟕
(𝟏𝟒𝟑𝟕,𝟕 −𝟑𝟏𝟕,𝟔𝟕)
= 0,167 kg/s
Refrigeração e Climatização
Rendimento volumétrico real
vazão volumétrica real :
Q = 0,167 . 0,624 = 0,104 m³/s
taxa de deslocamento volumétrico do compressor
8 cil . 20 rps . 0,089 m . ((3,1416. 0,114²)/4) = 0,146 m³/s 
rendimento volumétrico 
nr = 100 . (0,104 /0,146) = 71,2 %
a relação entre as pressões de descarga e de aspiração (na tabela) são :
1.003 kPa/190,1 kPa = 5,27 ➔ o ponto está dentro da faixa coberta pelo 
gráfico 4.10
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
da tabela da Vilter :se obtém a capacidade de refrigeração de 290,1 kW 
e uma potência de compressão de 64,9 kW
assumindo que o refrigerante entra no compressor como vapor saturado a 
-12º C potência de compressão isoentrópica.
nas tabelas de propriedades da amônia as seguintes entalpias :
vapor saturado a -12º C = 1.448,2 kJ/kg
liquido saturado a 25º C = 317,7 kJ/kg
o efeito de refrigeração = 1.448,2 – 317,7 = 1.131 kJ/kg
Determine a eficiência de compressão adiabática do compressor da 
tabela quando o mesmo opera entre as temperaturas de evaporação e de 
condensação de -12 C e 25º C respectivamente
Exemplo 4.2.
Refrigeração e Climatização
25º C
290,1 kW = Cap refrig
64,9 kW = Pot compressão
Tabela 4.1
- 12º C
Temp. Evaporação
Refrigeração e Climatização
vazão do refrigerante : m = 290,1 kW / 1.131 kJ/kg = 0,257 kg/s
trabalho de compressão real : hr = 64,9 / 0,257 = 252,5, kJ/kg 
o trabalho de compressão isoentrópica hi , é determinado pelo diagrama a seguir; 
através da entalpia de descarga, acompanhando a linha isoentrópica que tem origem na 
linha de vapor saturado a -12º C até a pressão de 1.03 KPa, correspondente à 
temperatura de saturação de 25º C.
A entalpia do gás de descarga será de 1.635 KJ/Kg e o trabalho de compressão
isoentrópica será :
h1 = 1635 – 1448,2 = 187 kJ/kg
A eficiência de compressão adiabática será :
a = 100 x 
𝟏𝟖𝟕
𝟐𝟓𝟐,𝟓
= 74,0 %
Refrigeração e Climatização
Eficiência de compressão adiabática
𝐚(%) = 𝟏𝟎𝟎
𝐭𝐫𝐚𝐛𝐚𝐥𝐡𝐨 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐦𝐩𝐫𝐞𝐬𝐬ã𝐨 𝐢𝐬𝐨𝐞𝐧𝐭𝐫ó𝐩𝐢𝐜𝐨
𝐭𝐫𝐚𝐛𝐚𝐥𝐡𝐨 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐦𝐩𝐫𝐞𝐬𝐬ã𝐨 𝐫𝐞𝐚𝐥
Figura 4.11 -
Variação da eficiência
de compressão
adiabática com a 
temperatura de 
evaporação para o 
compressor de 
amônia cujo
desempenho foi
apresentado na
Tabela 4.1.
Refrigeração e Climatização
-12º C
103 kPa
1635 kJ/kg
Refrigeração e Climatização
Compressores de Palheta
Existem dois tipos básicos de compressores de palhetas: 
o de palhetas simples e o de múltiplas palhetas.
No compressor de palheta simples. 
A linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro mas é excêntrica 
com relação ao rotor. 
De modo que este compressor apresenta um divisor atuado por mola, dividindo as 
câmaras de aspiração e descarga.
Refrigeração e Climatização
No compressor de múltiplas palhetas o rotor gira em torno do seu próprio eixo, 
que não coincide com o do cilindro. 
O rotor é provido de palhetas que se mantém permanentemente em contato 
com a superfície do cilindro pela força centrífuga.
Nestes compressores não há necessidade de válvulas de aspiração.
São utilizados principalmente em geladeiras, congeladores, condicionadores de ar, 
competindo com os compressores Alternativos.
Refrigeração e Climatização
Compressor de lóbulos
Refrigeração e Climatização
Compressores de Parafuso
No compressor de parafuso a compressão á obtida pelo engrenamento de 2 
rotores conjugados, dispostos em um cilindro apropriado, equipado com orifício de 
entrada e saída. 
O rotor macho normalmente é o rotor de acionamento e consiste de uma série de 
ressaltos ao longo do seu comprimento que se engrenam com os sulcos helicoidais 
correspondentes, formado de modo semelhante no rotor fêmea, comprimindo o 
refrigerante. 
Na região de aspiração do compressor é produzido vácuo, induzindo a entrada do vapor 
de refrigerante.
Refrigeração e Climatização
A utilização deste tipo de compressor se dá na faixa de 300 à 500 KW de refrigeração, 
normalmente para resfriamento da água.
O centro de capacidade é realizado pelo uso de uma válvula corrediça que é localizada 
na carcaça do compressor. 
Quando a válvula está aberta, ocorre um retardamento do início de compressão. 
A capacidade pode ser modulada até 10% da capacidade máxima.
Refrigeração e Climatização
Compressores Centrífugos
No compressor centrífugo o fluido penetra pela abertura central do rotor e pela 
ação da força centrífuga desloca-se para a periferia. 
Assim, os pás imprimem uma grande velocidade ao gás e elevam sua pressão. 
O gás se dirige para o invólucro da pá ou voluta que converte a pressão dinâmica do 
vapor que sai do rotor em pressão estática.
Refrigeração e Climatização
Os compressores centrífugos podem ser de um ou múltiplos estágios ou 
seja com um ou vários rotores.
Refrigeração e Climatização
A eficiência de compressão adiabática dos compressores frigoríficos 
com capacidade de refrigeração acima de 500 kW.
Relação entre a velocidade periférica e a pressão: 
O momento torsor que o motor exerce sobre o gás é:
T= m(v2.r2 - v1.r1)
T ➔ momento torsor, N.m
m ➔ vazão, kg/s
v2 ➔ velocidade tangencial do refrigerante na m/s
r2 ➔ raio externo do rotor, m.
v1 ➔ velocidade tangencial do refrigerante na entrada do rotor (m/s)
r1 ➔raio médio da seção de entrada do rotor, m.
Como o refrigerante entra no rotor na direção radial. V1=0
T= m.v2.r2
A potência no eixo é o produto do momento torsor pela rotação.
P= T.w= m.v2.r2.w
P ➔ potência em w
w ➔ rotação em,rad/s
Refrigeração e Climatização
Lembrando : Momento Torsor
Potência transmitida, diagrama de momento e ângulo de torção
P = T ω Onde
P: potência em watts.
T: torque em N m.
ω: rotação em radianos por segundo.
A Figura dá o exemplo de uma barra cilíndrica com 
aplicação de dois esforços de torção em locais 
distintos.
É suposto que a barra está engastada na 
extremidade C. 
Na parte inferior da figura são dados diagramas 
aproximados dos esforços de torção e ângulos de 
distorção ao longo do comprimento da barra.
Refrigeração e Climatização
Em baixas rotações e velocidade periférica do rotor e a velocidade 
tangencial do 
refrigerante na saída do rotor são praticamente iguais, então:
r2.w = v2
P = m.v2
2
A potência ideal também pode ser dado pelo produto da vazão pelo trabalho 
de compressão.
P = m hi (1000)
comparando as duas equações de potência temos :
v2
2 = 1000  hi
Refrigeração e Climatização
Compressores Scroll
O conceito básico do compressor scroll 
(espiral) existe desde 1886, quando uma 
patente italiana foi requerida. 
Devido a problemas de estanqueidade, a 
aplicação do mesmo foi retardada. Hoje, a 
nova tecnologia de máquinas operadoras e 
processos de manufatura tornou possível a 
solução deste problema.
A partir da última década, o compressor scroll 
passou a participar das linhas de produção 
seriada sendo instalado em condicionadores 
de ar e resfriadores de líquido
Refrigeração e Climatização
O compressor scroll oferece muitos benefícios aos usuários de sistemas de ar 
condicionado:
• em média é 5% a 10% mais eficiente que um compressor recíproco de igual 
capacidade;
• não possui válvulas. sendo extremamente resistente a golpes de liquido;
• possui 64% menos partes móveis que um compressor recíproco de igual 
capacidade;
• operação extremamente suave e silenciosa, comparável à de um compressor 
centrífugo;
• baixa variação de torque, o que propicia um aumento na vida útil do motor, 
reduzindo a sua vibração;
• O resfriamento do motor feito pelo refrigerante na forma gasosa resulta em 
baixa temperatura dos enrolamentos do motor, o que aumenta a sua eficiência 
e confiabilidade.
Refrigeração e Climatização
O compressor scroll utiliza duas peças em forma de espiral para 
realizar o trabalho da compressão do gás
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
abertura de vedação das pontas
Refrigeração e Climatização
COP – Coeficiente de Desempenho (Coeficient Of Performance)
Um ciclo de refrigeração pode ser analisado em termos de sua eficiência
energética através do coeficiente de performance (COP), uma grandeza adimemsional. 
Figura 6.1 - Ilustração
de um ciclo de compressão mecânica
Onde QE é a potência de refrigeração [kW]
e Wc é a potência de compressão [kW] e 
podem ser calculados conforme os pontos
inseridos no diagrama pressão versus 
entalpia ilustrado na figura 6.1
(6.1)
𝐂𝐎𝐏 =
ሶ𝐐𝐄
ሶ𝐖𝐂
=(m . (𝒉𝟏 - 𝒉𝟒))/(m . (𝒉𝟐- 𝒉𝟏))
COP é comumente utilizado par avaliar a relação entre a capacidade de 
refrigeraçào obtida e o trabalho gasto para tanto, podendo se definido como:
Refrigeração e Climatização
Coeficiente de performance do ciclo (Coeficient Of Performance)
O coeficiente de performance, COP, é um parâmetro importante na análise das 
instalações frigoríficas. 
Embora o COP do ciclo real seja sempre menor que o do ciclo teórico, para as mesmas 
condições de operação, pode-se, com o ciclo teórico, verificar que parâmetros 
influenciam no desempenho do sistema. Assim, o COP é definido por: 
𝐂𝐎𝐏 =
𝐄𝐧𝐞𝐫𝐠𝐢𝐚 Ú𝐭𝐢𝐥
𝐄𝐧𝐞𝐫𝐠𝐢𝐚 𝐆𝐚𝐬𝐭𝐚
=
ሶ𝐐𝟎
ሶ𝐖𝐜
=
𝐡𝟏 −𝐡𝟒
𝐡𝟐 − 𝐡𝟏
Pode-se inferir da equação acima que para ciclo teórico, o COP é função somente das 
propriedades do refrigerante. 
Consequentemente, depende das temperaturas de condensação e vaporização. 
Para o ciclo real, entretanto, o desempenho dependerá muito das propriedades na 
sucção do compressor, do próprio compressor e dos demais equipamentos do sistema.
Refrigeração e Climatização
Parâmetros que influenciam o COP do ciclo de refrigeração 
Vários parâmetros influenciam o desempenho do ciclo de refrigeração por compressão 
de vapor. Será analisada a influência de cada um deles separadamente. 
a) Influência da temperatura de evaporação no COP do ciclo teórico 
Para ilustrar o efeito que a temperatura de evaporação tem sobre a eficiência do ciclo, 
será considerado um conjunto de ciclos em que somente a temperatura de evaporação 
(T0) é alterada. Estes ciclos estão mostrados na Figura 2.16. 
Nesta análise, utilizou-se R22 como refrigerante, o qual é típico de sistemas de ar 
condicionado. 
Como pode ser observado, uma redução na temperatura de evaporação resulta em 
redução do COP; isto é, o sistema se torna menos eficiente.
Refrigeração e Climatização
Tevap
COP
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Influência da temperatura de condensação no COP do ciclo teórico 
Como no caso da temperatura de vaporização, a influência da temperatura de 
condensação é mostrada em um conjunto de ciclos em que apenas se altera a 
temperatura de condensação (Tc). 
Esta análise está mostrada na Figura 2.17. 
Observe-se que uma variação de 15ºC na temperatura de condensação resultou em 
menor variação do COP, se comparado com a mesma faixa de variação da temperatura 
de evaporação. 
Refrigeração e Climatização
TcondCOP
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Influência do sub-resfriamento do líquido no COP do ciclo teórico 
De forma idêntica aos dois casos anteriores, a Figura 2.18 mostra a influência do 
sub-resfriamento do líquido na saída do condensador sobre a eficiência do ciclo. 
Embora haja aumento no COP do ciclo com o aumento do sub-resfriamento, o que é 
ótimo para o sistema, na prática se utiliza um sub-resfriamento para garantir que se 
tenha somente líquido na entrada do dispositivo de expansão, o que mantém a 
capacidade frigorífica do sistema, e não para se obter ganho de eficiência. 
Refrigeração e Climatização
Tsubr
COP
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Influência do superaquecimento útil no COP do ciclo teórico 
Quando o 
superaquecimento do 
refrigerante ocorre 
retirando calor do 
meio que se quer 
resfriar, chama-se a 
este 
superaquecimento de 
"superaquecimento 
útil': 
Tsupa
COP
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
A Figura 2.19 mostra a influência desse superaquecimento na performance 
do ciclo de refrigeração. 
Como se pode observar no último "quadro" desta figura, a variação do COP com o 
superaquecimento depende do refrigerante. 
Nos casos mostrados, para o R717 o COP sempre diminui; para R134a o COP sempre 
aumenta; e para o R22, o caso mais complexo, há um aumento inicial e, depois, uma 
diminuição. 
Para outras condições do ciclo, isto é, Tc e Te. poderá ocorrer comportamento diferente 
do mostrado. 
Refrigeração e Climatização
Mesmo para os casos em que o superaquecimento melhora o COP, ele diminui a 
capacidade frigorífica do sistema de refrigeração. 
Assim, só se justifica o superaquecimento do fluido por motivos de segurança, para 
evitar a entrada de líquido no compressor. 
Este aspecto da influência do superaquecimento na capacidade frigorífica do sistema 
será estudado com mais detalhes quando da análise operacional dos compressores 
alternativos e de sua eficiência volumétrica. 
Refrigeração e Climatização
Interpolação
As tabelas apresentam seus valores de entradacom espaçamentos variáveis, o que 
pode trazer ocasionalmente problemas, pois os valores desejados não são 
diretamente obtidos. 
A solução é, naturalmente, o uso da interpolação, pelo comum, a linear que é a mais 
fácil e traz bons resultados. 
Refrigeração e Climatização
Interpolação Simples
Vamos supor que seja necessário conhecer o volume específico da água à 198 C 
e título 50%. 
Como a informação diz respeito ao título, a conclusão automática é que estamos 
lidando com mistura de líquido vapor. 
Para continuar, precisa-se das informações sobre os volumes específicos do 
líquido saturado e do vapor saturado seco naquela temperatura. 
Entretanto, consultando uma tabela como a seguir, nota-se que se tem 
informações na temperatura de 195º C e também à 200º C, mas não a 198ºC. 
Assim, dever se proceder à uma interpolação que será linear.
Refrigeração e Climatização
O primeiro passo é montar a tabela:
Refrigeração e Climatização
montada com informações de temperaturas imediatamente superior e imediatamente inferior.
Deseja-se calcular os valores de x (pressão de saturação a 198º C), y (volume específico do líquido 
saturado a 198º C) e z (volume específico do vapor saturado seco a 198º C). 
É razoável que se espere que os valores a 198º C para x, y e de z devam estar entre os valores 
correspondentes a 195º e 200º C. 
Refrigeração e Climatização
Como resultado da interpolação linear, podemos escrever: 
obtendo-se os resultados:
Refrigeração e Climatização
Regra Geral da Interpolação Simples
𝑴 −𝒎
𝑴 − 𝒅𝒆𝒔𝒆𝒋𝒂𝒅𝒐
=
𝑴′ −𝒎′
𝑴′ − 𝒅𝒆𝒔𝒆𝒋𝒂𝒅𝒐′
Refrigeração e Climatização
Exemplo 
Dados de catálogo para um compressor de 5 cilindros, operando com refrigerante 22 a 
29 rps, indicam uma capacidade de refrigeração de 96,4 kW e potência de 28,9 kW para 
uma temperatura de evaporação de 5º C e uma temperatura de condensação de 50º C. 
O desempenho é baseado em 3º C de sub-resfriamento do líquido e 8º C de 
superaquecimento do gás de aspiração no compressor. 
O diâmetro do cilindro é de 67 mm e o percurso é de 57 mm.
Calcule : 
a) a eficiência volumétrica do espaço nocivo, se a fração deste 
espaço é de 4,8 %;
b) a eficiência volumétrica efetiva;
c) a eficiência de compressão.
Dados para cálculo : para 5º C e para 50º C
Refrigeração e Climatização
Solução 
O estado do valor na aspiração do compressor é de 13ºC (5ºC + 8ºC) 
superaquecido a uma pressão correspondente a uma temperatura de 
evaporação de 5ºC (pressão de 583,6 kPa), os valores das propriedades 
termodinâmicas são : 
Tab. A.6a - Refrigerante R-22 saturado - livro Stoecker /Jabardo pag. 331 – para 5º C
p = 583,6 kPa
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Tab. A.6b - Refrigerante R-22 superaquecido
- livro Stoecker /Jabardo pag. 333 – para tempsat = 5º C e psat = 583,6 kPa
hv = 413,06 kJ/kg
vv = 42,11 litros/kg
sv = 1,7656 kJ/kg ºK
𝟏𝟓 − 𝟏𝟎
𝟏𝟓 − 𝟏𝟑
=
𝟒𝟏𝟒, 𝟓 − 𝟒𝟏𝟎, 𝟗
𝟒𝟏𝟒, 𝟓 − 𝐱
𝟏𝟓 − 𝟏𝟎
𝟏𝟓 − 𝟏𝟑
=
𝟒𝟐, 𝟓𝟒 − 𝟒𝟏, 𝟒𝟔
𝟒𝟐, 𝟓𝟒 − 𝒚
𝟏𝟓 − 𝟏𝟎
𝟏𝟓 − 𝟏𝟑
=
𝟏, 𝟕𝟕𝟎𝟖 − 𝟏, 𝟕𝟓𝟕𝟗
𝟏, 𝟕𝟕𝟎𝟖 − 𝒛
x = h1 = 413,06 kJ/kg Y = vv = 42,11 l/kg z = sv = 1,7656 kJ/kg ºK
isoentrópica
Refrigeração e Climatização
As propriedades do refrigerante após uma compressão isoentrópica até uma 
temperatura de condensação de 50ºC (pressão de 1.942 kPa), são : 
p = 1.942 kPa
A entalpia do líquido que entra no evaporador à temperatura 
de (50 – 3)ºC =47º C é de 259,1 kJ/kg
Tab. A.6a - Refrigerante R-22 saturado - livro Stoecker /Jabardo pag. 332 – para 50ºC
Refrigeração e Climatização
Refrigeração e Climatização
Isoentrópica – 1,7656 
Refrigeração e Climatização
Tab. A.6b - Refrigerante R-22 superaquecido
- livro Stoecker /Jabardo pag. 333 – para tempsat = 50ºC e psat = 1.942 kPa
entrando na tabela com isoentrópica s = 1,745
(fazer a média aritmética)
x = h4 = 444,5 kJ/kg y = vv = 14,13 l/s
𝐱 =
𝟒𝟒𝟐, 𝟐𝟔 + 𝟒𝟒𝟔, 𝟖𝟑
𝟐
= 𝟒𝟒𝟒, 𝟓 𝐤𝐉/𝐤𝐠 y=
𝟏𝟑,𝟗𝟑+𝟏𝟒,𝟑𝟑
𝟐
= 𝟏𝟒, 𝟏𝟑 𝐥/𝐬
Refrigeração e Climatização
Válvula 
Expansão
3
t = 8+5 = 13ºC
Comp.
1
t = 5ºC
t = 8+5 = 13º
Evaporador
4
t = 50 – 3 = 47ºC
Condensador
2
t = 50ºC
h4 = 413,06 kJ/kg
h1 = 444,5 kJ/kg
Refrigeração e Climatização
Refrigerante : R-22
Compressor : 
nº de cilindros = 5
rotação = 29 rps
Potência = 28,9 kW
Capacidaderefrigeração = 96,4 kW
Diâmetro cilindro = 67 mm = 0,067 m
Deslocamento cilindro = 57 mm = 0,057 m
Tevaporação = 5º C
Tcondensação = 50º C
Tsub-resfriamento = 3º C
Tsuperaquecimentoaspiração = 8º C
Entalpia do líquido na entrada do evaporador à T = 50 – 3 = 47ºC 
Refrigeração e Climatização
a) eficiência volumétrica do espaço nocivo
fração do espaço nocivo = 4,8% %
vn = 100 – ሶ𝒎 . [(vasp  vdesc )-1] = 100 - 0,048(42,11114,13– 1) = 90,4 %
b) taxa de deslocamento do compressor
há a necessidade de conhecermos a taxa de deslocamento em l/s.
nºcil x rot x A x percurso = 5 x 29 x ((3,1416 x 0,067²)  4) x 0,057 =
= 0,02914 m³s = 29,14 Lls
vasp = volume específico do vapor admitido no compressor
vdesc = volume específico do vapor após compressão isoentrópica
Refrigeração e Climatização
em seguida temos que calcular a vazão do refrigerante
vazão do refrigerante = ሶ𝐦 =
𝐜𝐚𝐩𝐚𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝𝐞 𝐝𝐞 𝐫𝐞𝐟𝐫𝐢𝐠𝐞𝐫𝐚çã𝐨
𝐞𝐟𝐞𝐢𝐭𝐨 𝐝𝐞 𝐫𝐞𝐟𝐫𝐢𝐠𝐞𝐫𝐚çã𝐨 (𝐡𝟏−𝐡𝟒)
=
= 
𝟏𝟏𝟎 𝐊𝐖
𝟒𝟏𝟑,𝟏− 𝟐𝟓𝟗,𝟏
= 0,6260 kgs
calcular a vazão medida na aspiração do compressor (em l/s)
vazão em volume = vvol = ሶ𝐦. 𝐯𝐚𝐬𝐩 = 𝟎, 𝟔𝟐𝟔𝟎 𝐱 𝟒𝟐, 𝟏𝟏 = 26,36 litross
finalmente a 
eficiência volumétrica efetiva 
= vef = 
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒅𝒆 𝒂𝒔𝒑𝒊𝒓𝒂çã𝒐
𝒕𝒂𝒙𝒂 𝒅𝒆 𝒅𝒆𝒔𝒍𝒐𝒄𝒂𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒅𝒐 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒆𝒔𝒔𝒐𝒓
x 100 = 
𝟐𝟔,𝟑𝟔
𝟐𝟗,𝟏𝟒
x 100 = 90.45%
Refrigeração e Climatização
c = 
𝐭𝐫𝐚𝐛𝐚𝐥𝐡𝐨 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐦𝐩𝐫𝐞𝐬𝐬ã𝐨 𝐢𝐬𝐨𝐞𝐧𝐭𝐫ó𝐩𝐢𝐜𝐚 𝐡𝟒−𝐡𝟏
𝐭𝐫𝐚𝐛𝐚𝐥𝐡𝐨 𝐫𝐞𝐚𝐥 𝐝𝐞 𝐜𝐨𝐦𝐩𝐫𝐞𝐬𝐬ã𝐨
𝐱 𝟏𝟎𝟎 =
c = 
𝐡𝟒−𝐡𝟏
𝐏
𝐱 𝟏𝟎𝟎 = 𝟒𝟒𝟒, 𝟓 − 𝟒𝟏𝟑, 𝟏  𝟒𝟔, 𝟐 𝐱 𝟏𝟎𝟎 = 𝟔𝟕, 𝟗 %
c) eficiência de compressão
é necessário que conheçamos o trabalho real de compressão
P = m . W ➔ W = P  m ➔ W = 28,9 / 0,6260 = 46,2 kJkg = W
vazão do refrigerante
potência
Assuntos da próxima aula:
Aula 8. Condensadores e Dispositivos de Expansão