Curso de Refrigeração Industrial

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REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL | 09
Refrigeração Industrial
 
 
Curso Avançado de Refrigeração Comercial e Industrial
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1. INTRODUÇÃO 
Em geral, define-se refrigeração como o processo de redução de temperatura de um 
corpo. O surgimento de novas tecnologias de refrigeração tornou-se essencial para o 
desenvolvimento e a manutenção de uma gama de atividades industriais, dentre elas a indústria 
alimentícia em geral, os frigoríficos, a indústria de pescado, as fábricas de gelo, os laticínios e a 
indústria de bebidas. 
Os sistemas de refrigeração industriais atualmente utilizados em larga escala nesses e 
em outros setores econômicos fundamentam-se na capacidade de algumas substâncias, 
denominadas agentes refrigerantes, absorverem grande quantidade de calor quando passam do 
estado líquido para o gasoso. 
As características desejáveis para um agente refrigerante são: 
• ser volátil ou capaz de se evaporar; 
• apresentar calor latente de vaporização elevado; 
• requerer o mínimo de potência para sua compressão à pressão de condensação; 
• apresentar temperatura crítica bem acima da temperatura de condensação; 
• ter pressões de evaporação e condensação razoáveis; 
• produzir o máximo possível de refrigeração para um dado volume de vapor; 
• ser estável, sem tendência a se decompor nas condições de funcionamento; 
• não apresentar efeitos prejudiciais sobre metais, lubrificantes e outros materiais utilizados nos 
demais componentes do sistema; 
• não ser combustível ou explosivo nas condições normais de funcionamento; 
• possibilitar que vazamentos sejam detectáveis por verificação simples; 
• ser inofensivo às pessoas; 
• ter um odor que revele a sua presença; 
• ter um custo razoável; 
• existir em abundância para seu emprego comercial. 
A amônia atende à quase totalidade desses requisitos, com ressalvas apenas para sua alta 
toxicidade e por tornar-se explosiva em concentrações de 15 a 30% em volume. Ademais, 
apresenta vantagens adicionais, como o fato de ser o único agente refrigerante natural 
ecologicamente correto, por não agredir a camada de ozônio, tampouco agravar o efeito estufa. 
Muito utilizada no passado, a amônia nunca esteve totalmente fora de uso no meio industrial, 
apesar de ter perdido espaço com a introdução dos clorofluorcarbonos (CFCs) no início dos 
anos 30. Atualmente, em virtude de suas propriedades termodinâmicas, assim como pelo fato de 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ser barata, eficiente e seguras, se utilizada com as devidas precauções, tem se tornado a grande 
opção em termos de agente refrigerante, conquistando gradualmente novos nichos de mercado. 
 
2. REVISÃO DE LITERATURA 
 
2.1 Ciclos de refrigeração por compressão de vapor 
 
Se um líquido for introduzido num vaso onde existe, inicialmente, um grau de vácuo e 
cujas paredes são mantidas a temperatura constante, ele se evaporará imediatamente. No 
processo, o calor latente de vaporização - ou seja, o calor necessário para a mudança do estado 
líquido para o estado vapor - é fornecido pelas paredes do vaso. O efeito de resfriamento 
resultante é o ponto de partida do ciclo de refrigeração. 
À medida que o líquido se evapora, a pressão dentro do vaso aumenta, até atingir, 
eventualmente, a pressão de saturação para a temperatura considerada. Depois disso, nenhuma 
quantidade de líquido evaporará, e, naturalmente, o efeito de resfriamento cessará. Qualquer 
quantidade adicional de líquido introduzido permanecerá neste estado, isto é, como líquido, no 
fundo do vaso. Se for removida parte do vapor do recipiente, conectando-o ao lado de sucção de 
uma bomba, a pressão tenderá a cair. O que provocará evaporação adicional do líquido. Neste 
aspecto, o processo de resfriamento pode ser considerado contínuo. E, para tal, necessita-se: de 
um fluido adequado, o refrigerante; um recipiente onde a vaporização e o resfriamento sejam 
realizados, chamado de “evaporador”; e um elemento para remoção do vapor, chamado de 
“compressor”. 
O sistema apresentado até agora não é prático, pois envolve um consumo contínuo de 
refrigerante. Para evitar este problema, é necessário converter o processo num ciclo. Para fazer 
o vapor retornar ao estado líquido, o mesmo deve ser resfriado e condensado. Usualmente, 
utiliza-se a água ou o ar como meio de resfriamento, os quais se encontram a uma temperatura 
substancialmente mais elevada do que a temperatura reinante no evaporador. 
A pressão de vapor correspondente à temperatura de condensação deve, portanto, ser 
bem mais elevada do que a pressão no evaporador. O aumento desejado de pressão é promovido 
pelo compressor. A liquefação do refrigerante é realizada num condensador, que é, 
essencialmente, um recipiente resfriado externamente pelo ar ou água. O gás refrigerante quente 
(superaquecido), com alta pressão, é conduzido do compressor para o condensador, onde é 
condensado. Resta agora completar o ciclo, o que pode ser feito pela inclusão de uma válvula ou 
outro dispositivo regulador, que será usado para injeção de líquido no evaporador. Este é um 
componente essencial de uma instalação de refrigeração e é chamado de “válvula de expansão”. 
 
 
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2.1.1Ciclo teórico de refrigeração por compressão de vapor 
 
Um ciclo térmico real qualquer deveria ter para comparação o ciclo de Carnot, por ser 
este o ciclo de maior rendimento térmico possível. Entretanto, dadas as peculiaridades do ciclo 
de refrigeração por compressão de vapor, define-se um outro ciclo, que é chamado de “ciclo 
teórico”, no qual os processos são mais próximos aos do ciclo real e, portanto, torna-se mais 
fácil comparar o ciclo real com este ciclo teórico (existem vários ciclos termodinâmicos ideais), 
diferentes do ciclo de Carnot, como o ciclo ideal de Rankine, dos sistemas de potência a vapor, 
o ciclo padrão ar Otto, para os motores de combustão interna a gasolina e álcool, e o ciclo 
padrão ar Brayton, das turbinas a gás. Este ciclo teórico ideal terá melhor desempenho operando 
nas mesmas condições do ciclo real. 
A Figura 2.1 mostra um esquema básico de um sistema de refrigeração por compressão 
de vapor, com seus principais componentes, e o seu respectivo ciclo teórico construído sobre 
um diagrama de Mollier, no plano P-h. Os equipamentos esquematizados na Figura 1 
representam, genericamente, qualquer dispositivo capaz de realizar os respectivos processos 
específicos indicados. 
 
Figura 1: Ciclo teórico de refrigeração por compressão de vapor. 
 
Os processos termodinâmicos que constituem o ciclo teórico nos respectivos 
equipamentos são: 
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- Processo 1.2. Ocorre no compressor, sendo um processo adiabático reversível e, portanto, 
isentrópico, como mostra a Figura 1. O refrigerante entra no compressor à pressão do 
evaporador (Po) e com título igual a 1 (x = 1). O refrigerante é então comprimido até atingir a 
pressão de condensação (Pc).Ao sair do compressor, está superaquecido à temperatura T2, que é 
maior que a temperatura de condensação TC. 
- Processo 2.3. Ocorre no condensador, sendo um processo de rejeição de calor, do refrigerante 
para o meio de resfriamento, à pressão constante. Neste processo o fluido frigorífico é resfriado 
da temperatura T2 até a temperatura de condensação, TC. A seguir, é condensado até se tornar 
líquido saturado na temperatura T3, que é igual à temperatura TC. 
- Processo 3.4. Ocorre no dispositivo de expansão, sendo uma expansão irreversível à entalpia 
constante (processo isentálpico), desde a pressão de condensação PC,e o líquido saturado (x = 
0), até a pressão de vaporização (Po).Observe que o processo é irreversível e,portanto, a 
entropia do refrigerante na saída do dispositivo de expansão (s4) será maior que a entropia do 
refrigerante na sua entrada (s3). 
- Processo 4.1. Ocorre no evaporador, sendo um processo de transferência de calor à pressão 
constante (Po) e, conseqüentemente, à temperatura constante (To), desde vapor úmido (estado 
4) até atingir o estado de vapor saturado seco (x = 1). Observe que o calor transferido ao 
refrigerante no evaporador não modifica a temperatura do refrigerante, mas somente muda sua 
qualidade (título). 
 
2.1.2Ciclo real de compressão de vapor 
 
As diferenças principais entre o ciclo real e o ciclo teórico estão mostradas na Figura 
2. Uma da diferença está na queda de pressão nas linhas de descarga (líquido e de sucção), 
assim como no condensador e no evaporador. Estas perdas de carga, Pd e Ps, estão mostradas na 
Figura 2. 
 
Figura 2. Diferença entre o ciclo teórico e o real de refrigeração. 
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Outras diferenças são o sub-refriamento do refrigerante na saída do condensador (nem 
todos os sistemas são projetados com sub-refriamento) e o superaquecimento na sucção do 
compressor, sendo este também um processo importante, que tem a finalidade de evitar a 
entrada de líquido no compressor. Outro processo importante é o de compressão, que, no ciclo 
real é politrópico (s1 s2) e no processo teórico é isentrópico. Devido ao superaquecimento e ao 
processo politrópico de compressão, a temperatura de descarga do compressor (T2) pode ser 
muito elevada, tornando-se um problema para os óleos lubrificantes usados nos compressores 
frigoríficos. A temperatura de descarga não deve ser superior a 130ºC, o que, por vezes, exige o 
resfriamento forçado do cabeçote dos compressores, principalmente quando são utilizados os 
refrigerantes R717 e R22 (com baixas temperaturas de evaporação). Muitos outros problemas de 
ordem técnica, dependendo do sistema e de sua aplicação, podem introduzir diferenças 
significativas além das citadas. 
 
2.2 Sistemas multipressão 
 
O sistema multipressão é um sistema de refrigeração, por compressão de vapor, que 
possui dois ou mais níveis de baixa pressão. Entende-se por baixa pressão aquela reinante entre 
o dispositivo de expansão e da sucção do compressor. Um sistema multipressão pode ser 
encontrado, por exemplo, em uma indústria de laticínios, onde um evaporador opera a -35ºC 
para produzir sorvetes, enquanto outro evaporador opera a 2ºC para resfriar leite. Outro 
exemplo da aplicação de sistemas multipressão são os matadouros frigoríficos, onde existem 
câmaras de congelamento de carne bovina com temperaturas de vaporização da ordem de -35ºC 
e, entre outras, câmaras de desossa, onde a temperatura de vaporização é da ordem de +5ºC. 
Outra aplicação típica poderia ser um processo industrial no qual um arranjo de dois ou três 
estágios de compressão serve um evaporador com temperaturas abaixo de -20ºC. A Figura 3 
mostra um sistema típico de refrigeração multipressão com dois estágios de compressão de 
vapor, utilizado em matadouro-frigorífico, cujo refrigerante é a amônia. 
Dois elementos que freqüentemente integram os sistemas multipressão são o separador 
de líquido e o separador-resfriador de líquido. 
 
2.2.1 Vantagens do sistema multipressão 
 
Em sistemas multipressão, a remoção e a recompressão do vapor produzido pela 
redução de pressão antes de se completar a expansão reduz a potência requerida pelo 
compressor, para uma mesma capacidade de refrigeração. A redução da vazão de refrigerante 
que circula pelo evaporador possibilita ainda a redução das dimensões das linhas de líquido que 
conectam o separador com o evaporador, bem como a linha de sucção do compressor. Por 
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último, pode-se dizer que, para uma mesma pressão de evaporação, os sistemas multipressão 
requerem menor capacidade (deslocamento volumétrico) do compressor. 
 
 
Figura 3 - Sistema multipressão típico de matadouro-frigorífico (refrigerante: amônia) 
 
O resfriamento intermediário reduz a temperatura do refrigerante na descarga do 
compressor no estágio de alta pressão. Temperaturas elevadas podem causar carbonização do 
óleo, formação de goma nas válvulas de admissão, descarga do compressor e dificuldades de 
lubrificação em compressores alternativos. O resfriamento intermediário entre estágios de 
compressão também pode reduzir a potência requerida, pelo menos quando o refrigerante é a 
amônia. Para outros refrigerantes, a potência pode aumentar, porém a temperatura do fluido 
frigorífico na descarga do compressor será sempre menor. Uma vantagem adicional da 
utilização de múltiplos estágios de compressão é que se reduz a diferença de pressão em que 
trabalha o compressor, reduzindo-se assim o desgaste nas superfícies dos mancais. 
Qualquer decisão de se utilizar sistemas multipressão deve ser baseada em uma análise 
econômica. A redução na potência consumida precisa compensar o custo dos equipamentos 
adicionais para justificar tal investimento. Fatores como o refrigerante usado, o tipo do 
compressor (alternativo, parafuso, centrífugo, etc.) e a capacidade frigorífica do sistema também 
influenciam na decisão. Como exemplo pode-se citar que, considerando a amônia como 
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refrigerante, as temperaturas de vaporização mínimas praticáveis para compressores alternativos 
simples são de -30ºC; para duplo estágio de -50ºC; e para sistemas de três estágios de 
compressão as temperaturas de vaporização mínimas, de -70ºC, o que já fornece uma indicação 
do tipo de instalação que deverá ser utilizado. 
 
2.2.2 Separador de líquido 
 
A Figura 3 mostra esquematicamente um separador de líquido e sua localização no 
sistema, bem como os processos termodinâmicos e os estados do refrigerante num diagrama P x 
h. O estado do refrigerante no ponto 2 pode ser representado por uma mistura de refrigerante no 
estado de líquido saturado com refrigerante no estado de vapor saturado, ambos na mesma 
pressão do ponto 2. Para estas condições, o vapor saturado não tem efeito frigorífico. Assim, 
seria vantajoso utilizar um sistema para diminuir a quantidade de refrigerante que chega ao 
evaporador e que não possui efeito frigorífico, isto é, refrigerante na forma de vapor. Isto pode 
ser feito expandindo-se o liquido saturado de 1 até 3. Em seguida, o líquido é separado do 
vapor, o qual deve ser recomprimido até uma pressão igual a do ponto 1 (pressão de 
condensação).Por sua vez, o líquido separado (estado 4) é expandido até a pressão do estado 
5.Deve-se observar que expandir o líquido do estado 4 até o 5 é mais vantajoso, pois de 5 para 2 
há efeito frigorífico; isto é, o título do refrigerante (quantidade de vapor) no estado 5 é menor do 
que no estado 2. 
 
2.2.2.1 Separador-resfriador de líquido 
 
O separador de líquido e resfriador, também conhecido como separador-resfriador de 
líquido, é, basicamente, igual ao separador de líquido simples, tendo, adicionalmente, um 
trocador de calor, do tipo serpentina, instalado em seu interior, o qual irá possibilitar o 
subresfriamento de outra linha de refrigerante. A Figura 4 mostra, esquematicamente, um 
separador-resfriador de líquido e os estado do refrigerante num diagrama P x h. Neste sistema, 
pode-se sub-resfriar parte do refrigerante que sai do condensador, antes de provocar sua 
expansão. 
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Figura 3 - Esquema de um separador de líquido 
 
 
 
Figura 4 - Esquema de um separador de líquido e resfriador (separador-resfriador) 
 
 
2.3 Resfriamento entre estágiosO resfriamento entre estágios (resfriamento intermediário) em compressores de dois 
estágios de compressão e instalações que não utilizam separador de líquido também é muito 
utilizado, sendo que pode proporcionar redução de potência consumida, além de resultar em 
temperaturas mais baixas do refrigerante no estágio de alta pressão (descarga do compressor de 
alta). A Figura 5 mostra, esquematicamente, um sistema com resfriamento entre estágios dotado 
de trocador de calor que pode ser resfriado a água ou ar, bem como os diagramas P x v e P x h 
para o processo de compressão. Para sistemas de dois estágios de compressão, considerando que 
a substância de trabalho (refrigerante) tem comportamento de gás ideal, pode-se mostrar que 
para se obter o trabalho mínimo de compressão,quando o resfriamento entre estágios é completo 
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e com trocador de calor, a pressão intermediária (pressão entre os dois estágios de compressão) 
é dada por: 
 
 
Para sistemas frigoríficos, em geral, o resfriamento intermediário não pode ser realizado 
completamente por um agente externo (água ou ar), devido aos baixos níveis de temperatura que 
deveriam ser alcançados na pressão intermediária. Assim, utiliza-se, normalmente, uma parcela 
do próprio refrigerante, expandido até a pressão intermediária, para realizar o resfriamento do 
fluído que deixa o compressor de baixa pressão. 
Conseqüentemente, para os sistemas e substâncias reais o valor da pressão intermediária 
que resulta na máxima eficiência do sistema é um pouco superior ao valor dado pela equação 
acima. 
 
2.4 Ciclos de compressão de vapor multipressão 
 
O separador de líquido mostrado no sistema frigorífico da Figura 6 apresenta 
desvantagens práticas na sua operação. O refrigerante na fase líquida dentro do tanque de 
expansão está saturado à pressão intermediaria. Se o evaporador do sistema frigorífico estiver 
fisicamente posicionado acima do separador de líquido ou se houver qualquer transferência de 
calor entre o separador de líquido e a válvula de expansão, algum líquido irá evaporar antes de 
chegar na válvula de expansão, o que, como se sabe, prejudica sua eficiência. Além deste fato, a 
operação da válvula de expansão pode-se tornar deficiente, devido ao pequeno diferencial de 
pressão sobre ela. 
A Figura 7 mostra, esquematicamente, um ciclo multipressão largamente utilizado em 
sistemas de refrigeração que utilizam como refrigerante a amônia. Este sistema utiliza um 
separador-resfriador de líquido,que sub-resfria o refrigerante antes de este chegar à válvula de 
expansão, eliminando a desvantagem apresentada no caso anterior. Além disso, a diferença de 
pressão através da válvula é muito maior neste caso, pois o líquido na entrada da válvula, 
teoricamente, está na pressão de condensação, ao invés da pressão intermediária. Entretanto, o 
uso do separador-resfriador de líquido resulta em um coeficiente de desempenho ligeiramente 
menor do que no caso da utilização do separador de líquido simples, uma vez que não é possível 
resfriar o líquido até a temperatura de saturação no tanque. 
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Figura 5 - Comparação entre compressão em estágio único e dois estágios 
 
 
Figura 6 - Esquema de um sistema multipressão com separador de líquido e trocador de calor 
economizador 
 
 
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Figura 7 - Esquema de um sistema multipressão com separador-resfriador de líquido e trocador 
de calor economizador 
 
Na Figura 8 é mostrado um esquema de um sistema multipressão de dois estágios de 
compressão, apropriado para utilização do refrigerante R22, e o respectivo ciclo termodinâmico 
num diagrama P x h. O vapor descarregado pelo compressor de baixa pressão não é resfriado 
separadamente por um trocador de calor, e sim pela mistura com o refrigerante saturado do 
separador-resfriador de líquido. Neste caso, o separador-resfriador de líquido é tipicamente do 
tipo não inundado. Ao invés da válvula de bóia, como mostrado na Figura 7 e na Figura 8, usa-
se uma válvula de expansão termostática no separador-resfriador de líquido. O bulbo remoto 
desta válvula de expansão está instalado na linha de sucção do compressor de alta pressão, num 
ponto após a mistura das duas correntes de fluído. 
 
 
Figura 8 - Esquema de um sistema multipressão típico para utilização com R22 
 
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Os sistemas indicados na Figura 7 e na Figura 8 são freqüentemente utilizados para 
aplicações industriais e comerciais. A indústria alimentícia, a indústria de gelo e as câmaras 
frigoríficas de baixa temperatura são normalmente resfriadas desta maneira. Os refrigerantes 
R12, R22 e R134a são utilizados em sistemas do tipo mostrado na Figura 8 para câmara de teste 
de baixa temperatura e câmaras de controle ambiental. Os sistemas multipressão são bastante 
flexíveis em suas aplicações. Um ou mais evaporadores podem operar à pressão intermediária, 
além do evaporador de baixa temperatura, como mostrado na Figura 3. Com a utilização de 
válvulas de controle de pressão pode-se ainda trabalhar com evaporadores operando em outras 
temperaturas. 
 
3. COMPRESSORES 
 
3.1 Introdução 
 Compressores podem ser definidos como estruturas mecânicas industriais destinadas, 
essencialmente, a elevar a energia utilizável de gases, pelo aumento de sua pressão. 
 A compressão de um gás pode ser feita adiabaticamente ou com transferência de calor, 
dependendo da finalidade para a qual o gás está sendo comprimido; se o mesmo vai ser usado 
em um motor ou em um processo de combustão, a compressão adiabática é desejável a fim de se 
obter a maior energia disponível (exergia) no gás após o processo de compressão. Em muitas 
aplicações, no entanto, o gás é armazenado em um tanque para ser empregado posteriormente. 
Durante o processo de armazenagem há perda de calor para a atmosfera e quando o gás for 
usado estará praticamente à temperatura ambiente. Neste caso, a compressão com transmissão 
de calor é mais vantajosa. 
 Gases comprimidos armazenados à temperatura ambiente são empregados para diversas 
finalidades; os exemplos mais comuns são o uso de ar comprimido em ferramentas 
pneumáticas, para controle pneumático de máquinas ou processos, como veículo de transporte 
de partículas sólidas (transporte pneumático), como propelente para tintas e vernizes, para 
limpeza industrial (puro ou em emulsão com água e detergentes), etc. 
 
3.2 - Definições de eficiências para compressores 
 A avaliação do desempenho de um compressor normalmente é realizada através do 
conceito de eficiência. Este conceito permite comparar o desempenho de diferentes 
compressores realizando uma mesma tarefa ou para comparar o desempenho de uma mesma 
máquina operando em diferentes condições. 
 Várias são as definições possíveis para o conceito de eficiência. Tradicionalmente são 
adotadas as definições de eficiência isentrópica (sc), eficiência isotérmica (it) e eficiência 
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politrópica (pc). A primeira é empregada basicamente para compressores axiais e centrífugos 
operando sem resfriamento. A segunda é adotada para compressores a pistão operando com 
resfriamento. A terceira é adotada como critério de avaliação de quanto que o processo real se 
afasta do politrópico devido a perdas e atritos internos. As equações a seguir mostram cada uma 
das definições acima citadas: 
 
 SC = 
W
W
 S
C
 (1) 
 
 IC
IT
C
 = 
W
W(2) 
 
 PC
P
C
 = 
W
W
 (3) 
 
onde Wc representa o trabalho de eixo fornecido ao compressor 
 Ws representa o trabalho de compressão isentrópica 
 Wit representa o trabalho de compressão isotérmica 
 Wp representa o trabalho de compressão politrópica. 
 
 Usando o conceito de exergia, pode-se definir uma eficiência exergética para o 
compressor, relacionando a variação de exergia obtida pela compressão ao trabalho de eixo 
fornecido: 
 
 EX
2 2
C
= 
exf
 = 
(h
W
 
   exf
W
h T s s
C
O1 1 2 1) ( ) (4) 
 
 Esta definição, apesar de pouco usada atualmente, é a que efetivamente compara um 
trabalho reversível entre os estados inicial e final do gás, com o trabalho real, sem recorrer a 
processos auxiliares (isoentrópico, isotérmico ou politrópico). 
 
 
 
 
 
 
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3.3 - A compressão por estágios 
 
 À medida que se requer maior pressão de um dado compressor (a pressão de descarga se 
aproxima da pressão máxima), o rendimento volumétrico aparente se reduz, como pode ser visto 
pela equação (1). Consequentemente, o fluxo de massa que escoa através do compressor 
também se reduz. Para evitar este problema pode-se realizar a compressão em estágios, onde o 
segundo compressor aspira a partir da descarga do primeiro e assim por diante. Se entre dois 
estágios consecutivos se faz um inter-resfriamento, o trabalho consumido por kg de ar 
comprimido se reduz, como pode ser visto na Figura 5. 
 
 Se o número de estágios entre dois níveis de pressão é aumentado, e entre cada estágio 
há um inter-resfriador, o processo tende a uma compressão isotérmica e portanto a um menor 
trabalho requerido por kg de gás comprimido. Evidentemente, por razões econômicas, há um 
número adequado de estágios para cada nível de pressão pretendido. 
 
 
 Figura 5: Compressão em dois estágios 
 
 
Figura 6: Diagrama T x S para compressão em dois estágios 
 
 
 O diagrama T x S para a compressão em dois estágios pode ser visto na Figura 6 e 
corresponde à montagem experimental completa que temos no laboratório: uma compressão até 
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a pressão intermediária Pinterm., politrópica, com resfriamento a ar (Q1) no corpo do compressor, 
seguida de um inter-resfriamento a água (Q2), nova compressão até a pressão final P2, também 
politrópica com resfriamento a ar (Q3) e finalmente um pós-resfriamento a água (Q4). As áreas 
hachuradas correspondem às perdas de calor do gás para o fluido refrigerante (ar ambiente ou 
água nos trocadores contra-corrente). 
 Pode-se mostrar que, uma vez escolhido o número de estágios, a relação de pressão para 
cada estágio é dada pela expressão abaixo (considerando-se que o ínter-resfriamento restitui o 
gás sempre à temperatura de sucção do primeiro estágio): 
 
   
P
P
 =r
Z1
1
2
ESTP 







 (6) 
 
 
onde z é o número de estágios. 
 
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COMPRESSORES ALTERNATIVOS 
DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO 
O compressor é uma máquina que tem como principal função aumentar a pressão de um 
gás ou escoamento gasoso. Este aumento pode ser desde 1,0 atm até milhares de atmosferas 
(processos industriais). 
Estes tem diversas características físicas que dependem da função que desempenham. 
Assim apresentam-se os seguintes tipos: 
-Compressores de ar para serviços ordinários. Estes compressores são fabricados em série e tem 
baixo custo inicial. Destinam-se normalmente a serviços de limpeza, pintura e acionamento de 
pequenas máquinas pneumáticas. 
 
-Compressores de ar para serviços industriais. São máquinas grandes, que apresentam alto custo 
de aquisição e de operacionalidade. Destinam-se às centrais encarregadas do suprimento de ar 
em unidades industriais. 
 
-Compressores de refrigeração. São compressores desenvolvidos com um objetivo particular, o 
da refrigeração. Operam com fluidos bastante específicos e em condições de sucção e descarga 
pouco variáveis, possibilitando assim o seu fabrico em série. 
Os compressores alternativos são compressores volumétricos que conseguem a elevação 
de pressão através da redução do volume de uma câmara (cilindro) ocupada pelo gás. Esse 
aumento é conseguido através de um pistão ou embolo ligado a um sistema rotativo biela-
manivela, no seu percurso na direção da cabeça do compressor (cabeçote). 
O mecanismo é essencialmente o seguinte, na etapa de admissão o pistão movimenta-se 
em sentido contrário ao cabeçote, fazendo com que haja uma tendência de depressão no interior 
do cilindro que propicia a abertura da válvula de sucção. O gás é então aspirado. 
Ao inverter-se o sentido de movimentação do pistão, a válvula de sucção fecha-se e o gás é 
comprimido até que a pressão interna do cilindro seja suficiente para promover a abertura da 
válvula de descarga ( a etapa de compressão ). Quando se abre a válvula de descarga, a 
movimentação do pistão faz com que o gás seja expulso do interior do cilindro. Essa situação 
corresponde à etapa de descarga e dura até que o pistão termine o seu movimento no sentido do 
cabeçote. 
No entanto, nem todo o gás anteriormente comprimido é expulso do cilindro. A 
existência de um espaço morto, compreendido entre o cabeçote e o pistão no final do 
deslocamento, faz com que a pressão no interior do cilindro não caia instantaneamente quando 
se inicia o curso de retorno. Nesse momento, a válvula de descarga fecha-se, mas a de admissão 
só se abrirá quando a pressão interna cair o suficiente para o permitir. Essa etapa, em que as 
duas válvulas estão bloqueadas e o pistão se movimenta em sentido inverso ao do cabeçote, se 
denomina etapa de expansão, e precede a etapa de admissão de um novo ciclo. 
Os compressores de refrigeração apresentam-se em 3 distintas concepções diferentes: 
-Aberto, em que o eixo de acionamento atravessa a carcaça, sendo portanto acionado por um 
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motor exterior. É o único que existe em sistemas que utilizam o amoníaco como fluido 
refrigerante, podendo também operar com fluidos halogenados. 
-Semi-hermético, onde a carcaça exterior aloja tanto o compressor propriamente dito quanto o 
motor de acionamento. 
-Hermético, são semelhantes aos anteriores diferindo apenas no fato de a carcaça ser uma caixa 
fechada, que apresenta apenas entradas e saídas para o fluido e para as conexões elétricas do 
motor. Estes têm uma aplicação típica essencialmente em pequenos sistemas de ar condicionado 
e refrigeração. 
 
Esses podem ser subdivididos em compressores de um estágio de compressão ou de dois 
estágios de compressão. 
Relativamente aos compressores de ar, estes podem também ser subdivididos consoante a 
aplicação para que foram destinados, estão assim tipificados: 
-Compressores com um ou mais ( 2, 3 ou 4 ) estágios de compressão. 
-Compressores arrefecidos a ar ou a água ( exclusivo dos compressores a ar e tem como objetivo 
arrefecer o ar, aumentando assim a massa de ar que é comprimida ). 
-Compressores lubrificados ou não ( onde a qualidade do ar é importante ). 
Existem dois aspecto muito importante a nível econômico que convém referir, que são os 
cuidados a ter na instalação e na manutenção. 
Os cuidados de manutenção ( controlo ) devem ser elevados para não se ter grandes gastos 
posteriores na reparação. 
Um dos cuidados a ter de manutenção ( estes são diretamente proporcionais ao tempo de 
operação dos compressores ) é evitar a libertaçãode fluido devido a fugas quer esteja em 
serviço ou não. Estas fugas tanto podem ser do fluido utilizado como do óleo lubrificante. 
Há que ter em atenção mudanças de óleo periódicas ( má lubrificação origina vibrações e 
desgaste do material ) e de filtros, que no caso de não estarem em condições provocam uma 
diminuição da pressão de compressão e prejudicam a qualidade do ar ( só para os compressores 
de ar ). 
Tendo em conta isto, deve-se proceder substituição periódica das componentes desgastadas 
quando necessário. 
No caso da entrada de qualquer fluido no estado líquido para o cilindro há uma tendência para 
as válvulas se estragarem, por isso deve-se proceder a inspeções e posteriormente solucionar o 
problema. 
Algo que também ocorre e é necessário evitar é o entupimento dos instrumentos, o enferrujar 
das tubagens e a colagem das válvulas. Estes problemas associados ao compressor são 
originados por ser normal haver condensação de vapor de água quando da compressão, de modo 
a que se formar água. Este último problema é principalmente originário nos compressores a ar. 
No caso dos cuidados a ter na instalação é necessário que se aplique um compressor que esteja 
dimensionado para o sistema onde este irá ser implementado, de modo a preservar o seu bom 
funcionamento. 
Assim deve-se proceder à instalação do compressor, o mais próximo possível da aplicação, num 
local de fácil acesso para se fazer uma manutenção eficaz e com uma boa ventilação para não 
haver o perigo de concentração de gases ( no caso dos compressores de refrigeração ) e de 
aquecimento excessivo do equipamento ( se por ventura a temperatura for muito elevada pode 
provocar o desligar não programado e diminuição da vida do lubrificante ). 
Tem que se ter também a preocupação da temperatura não ser muito baixa neste local, como 
conseqüência de resultar um arranque lento do motor e uma possível má aplicação do fluido. 
No caso principalmente dos compressores a ar por estes terem tendência a formar água na 
instalação ( como foi dito anteriormente pode ser prejudicial ), utiliza-se purgas para a retirar, 
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no entanto se o ambiente tiver condições mais adversas, avalia-se a necessidade de instalar algo 
para secagem do ar. 
Há que ter em conta também para este tipo de compressor, os filtros de ar que é necessário 
utilizar na instalação, dependendo muito da qualidade do ar que queremos comprimir e da 
qualidade do ar do ambiente donde este é proveniente. 
O rendimento é razão entre quantidade que se pretende obter pela quantidade que se tem que 
gastar. 
É também o produto do rendimento isentrópico de compressão pelo rendimento mecânico. 
Assim este é razão entre a quantidade efetiva de trabalho ( por ciclo e por cilindro ), pela a 
quantidade teórica de trabalho realizado por ciclo e por cilindro. Tem em conta todas as perdas 
mecânicas derivadas da fricção. 
O rendimento isentrópico de compressão é a razão entre trabalho atual, pelo trabalho realizado 
isentropicamente no compressor. Representa as perdas de carga do fluido e as perdas de calor no 
cilindro. 
Este rendimento, para o caso de compressores com um estágio de compressão é da ordem dos 
88% e com mais do que um estágio é de 75%. Isto verifica que, o valor do rendimento global de 
um compressor alternativo se encontre entre os 72% e os 78%, dependendo de como varia a sua 
taxa de compressão. 
Os problemas associados com a energia tem a sua principal origem no seu excessivo consumo, 
quer pelo desperdício financeiro, quer pela poluição que provocam a mais ( no caso de o motor 
não ser elétrico ). 
Um cuidado a ter com a energia é utilizar a voltagem mais próxima da apropriada do 
compressor, que irá garantir um maior tempo de vida, isto é vai evitar problemas 
desnecessários. 
Sabe-se que um compressor gasta menos a carga máxima, por isso se numa instalação de vários 
compressores, estes não tiverem todos a mesma potência, verifica-se que o mais potente vai 
trabalhar a uma carga máxima e os outros a carga parcial, indo por isso operar a uma eficiência 
muito menor. Isto pode ser ultrapassado por um método de controlo das válvulas, de modo a 
que carga é partilhada igualmente por todos os compressores. Estes podem também ter a 
capacidade de parar e arrancar quando por exemplo, não for necessário a utilização de um 
número ótimo de compressores para uma certa potência de operação. 
Assim as duas causas fundamentais para haver eficiência e por conseguinte um menor consumo 
de energia são, ser bem dimensionados e não apresentar fugas de gás e de óleo. 
Relativamente aos problemas associados à saúde e ao ambiente pode-se considerar que estão de 
certo modo relacionados. 
A nível ambiental os compressores emitem gases que poluem originados por fatores diretos e 
indiretos. O primeiro consiste na libertação do gás refrigerante ( libertação de gases halogenados 
derivado a fugas ), que quando localizado na atmosfera tende a destruir a camada de ozônio e é 
um dos gases responsáveis pelo efeito de estufa se encontrar na troposfera. Estas emissões ( 
atualmente são controladas através de legislação ) aumentam com o aumento da idade e do tipo 
de compressor, por exemplo o compressor alternativo aberto tem mais fugas que o hermético. 
O segundo deriva da combustão essencialmente de gás natural e gasolina ( libertação de CO2 e 
outros gases ) usados no motor, no caso dos compressores apresentarem motores não elétricos. 
Estes gases são também responsáveis pelo efeito de estufa, principalmente o dióxido de 
carbono. 
Os problemas de saúde podem estar indiretamente relacionados com as emissões dos gases que 
foram referidos. 
No entanto os compressores proporcionam outros problemas muito mais imediatos como, a 
inalação destes gases diretamente ( caso não haja uma boa circulação de ar ), a má qualidade de 
ar quando esta não é garantida em locais próprios ( por exemplo hospitais ) e o elevado ruído 
quando do seu funcionamento. 
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3. COMPRESSORES PARAFUSO 
 
3.1 Introdução 
 
Os compressores parafuso são hoje largamente usados em refrigeração industrial para a 
compressão de amônia e outros gases. Conceitualmente simples, a geometria dessas máquinas é 
de difícil visualização, e muitas pessoas utilizam os compressores parafuso, tendo somente uma 
vaga idéia de como eles realmente operam. Uma compreensão dos princípios básicos de sua 
operação irá contribuir para a sua correta utilização, evitando problemas e alcançando um 
melhor desempenho global da instalação. 
 
3.2 Construção 
 
Um compressor parafuso típico, selado com óleo, é uma máquina de deslocamento 
positivo que possui dois rotores acoplados, montados em mancais para fixar suas posições na 
câmara de trabalho numa tolerância estreita em relação à cavidade cilíndrica. O rotor macho tem 
um perfil convexo, ao contrário do rotor fêmea, que possui um perfil côncavo. A forma básica 
dos rotores é semelhante à uma rosca sem-fim, com diferentes números de lóbulos nos rotores 
macho e fêmea (Figura 9). Freqüentemente, os rotores macho têm 4 e os fêmeas 6. Alguns 
compressores com tecnologia mais recente, possuem a configuração 5+7. Qualquer um dos dois 
rotores pode ser impulsionado pelo motor. 
 
Figura 9. Geometria básica do compressor parafuso. 
 
Quando o rotor fêmea é acoplado ao motor com uma relação entre os lóbulos de 4+6, a 
capacidade é 50 % maior que o acoplamento feito no rotor macho, sob as mesmas condições. O 
torque é transferido diretamente de rotor para rotor e o sentido da rotação é fixo. O dispositivo 
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de acionamento é geralmente conectado ao rotor macho, e este aciona o rotor fêmea por meio de 
uma película de óleo. 
O ciclode operação possui três fases distintas: 
- sucção; 
- compressão; 
- descarga. 
 
3.4 Vedação 
 
Todos os compressores parafuso utilizados em refrigeração utilizam injeção de óleo na 
câmara de compressão para lubrificação, vedação e resfriamento. A vedação entre os diferentes 
níveis de pressão compreende uma estreita faixa entre o engrenamento dos rotores e a periferia 
dos mesmos na câmara de compressão. O óleo é injetado diretamente na câmara de compressão 
em uma quantidade suficiente, de forma a minimizar o vazamento e resfriar o gás. 
Posteriormente, este óleo é separado do gás em um separador de óleo. A utilização da 
quantidade adequada de óleo permite que este absorva a maioria do calor proveniente da 
compressão, fazendo com que a temperatura de descarga seja baixa, mesmo quando a razão de 
compressão for alta. Por exemplo, operando numa razão de compressão 20:1 em simples estágio 
com amônia sem injeção de óleo, a temperatura de descarga pode chegar a 340ºC. Com o 
resfriamento de óleo, esta mesma temperatura não excede 90ºC. Entretanto, operando a 20:1 ou 
mesmo numa razão mais alta e em simples estágio, não há como superar a eficiência dos 
sistemas de duplo estágio, que não danificam o compressor. As instalações com sistema de 
duplo estágio são bastante comuns hoje em dia. 
 
3.5 Princípios de Operação 
 
Um compressor parafuso pode ser descrito como uma máquina de deslocamento positivo com 
dispositivo de redução de volume. Esta ação é análoga à de um compressor alternativo. 
É útil referir-se ao processo equivalente efetuado por um compressor alternativo, para se 
entender melhor como funciona a compressão em um compressor parafuso. 
O gás é comprimido simplesmente pela rotação dos rotores acoplados. Este gás percorre 
o espaço entre os lóbulos enquanto é transferido axialmente da sucção para a descarga. 
 
3.6 Sucção 
 
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Quando os rotores giram, os espaços entre os lóbulos se abrem e aumentam de volume. 
O gás então é succionado através da entrada e preenche o espaço entre os lóbulos, como na 
Figura 10. Quando os espaços entre os lóbulos alcançam o volume máximo, a entrada é fechada. 
 
 
Figura 10: Sucção 
 
Este processo é análogo à descida do pistão num compressor alternativo (Figura 11). 
 
 
 
Figura 11 – Processo de Sucção 
 
O refrigerante admitido na sucção fica armazenado em duas cavidades helicoidais 
formadas pelos lóbulos e a câmara onde os rotores giram. O volume armazenado em ambos os 
lados e ao longo de todo o comprimento dos rotores é definido como volume de sucção (Vs). Na 
analogia com o compressor alternativo, o pistão alcança o fundo do cilindro e a válvula de 
sucção fecha, definindo o volume de sucção Vs. Isto pode ser visto na Figura 12. 
O deslocamento volumétrico do compressor alternativo é definido em termos do volume 
da sucção, pela multiplicação da área da cavidade pelo percurso do cilindro e pelo número 
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deles. No caso do compressor parafuso, este deslocamento é dado pelo volume da sucção por 
fio, vezes o número de lóbulos do motor acionado. 
 
 
Figura 12: Volume máximo na sucção. 
 
 
3.7 Compressão 
 
Os lóbulos do rotor macho começarão a encaixar-se nas ranhuras do rotor fêmea no fim 
da sucção, localizada na traseira do compressor. Os gases provenientes de cada rotor são unidos 
numa cunha em forma de “V” , com a ponta desse “V” situada na intersecção dos fios, no fim 
da sucção, como mostrado na Figura 13. 
 
 
Figura 13: Início da compressão. 
 
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Posteriormente, em função da rotação do compressor, inicia-se a redução do volume no 
“V”, ocorrendo a compressão do gás. O ponto de intersecção do lóbulo do rotor macho e da 
ranhura do rotor fêmea é análogo à compressão do gás pelo pistão em um compressor 
alternativo (ver a Figura 14). 
 
 
Figura 14: Continuação da compressão 
 
 
3.8 Descarga 
 
Em um compressor alternativo, este processo começa quando da abertura da primeira 
válvula de descarga. Como a pressão no cilindro excede a pressão acima da válvula, esta se 
abre, permitindo que o gás comprimido seja empurrado para a descarga. O compressor parafuso 
não possui válvulas para determinar quando a compressão termina: a localização da câmara de 
descarga é que determina quando isto acontece como mostrado na Figura 15. O volume do gás 
nos espaços entre os lóbulos na porta de descarga é definido como volume de descarga (Vd). 
 
 
Figura 15: Início da descarga 
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São utilizadas duas aberturas: uma para descarga radial na saída final da válvula de 
deslizamento e uma para descarga axial na parede de final da descarga. Estas duas acarretam 
uma liberação do gás comprimido internamente, permitindo que seja jogado na região de 
descarga do compressor. O posicionamento da descarga é muito importante, pois controla a 
compressão, uma vez que determina a razão entre volumes internos (Vi). Para se atingir a maior 
eficiência possível, a razão entre volumes deve possuir uma relação com a razão entre pressões. 
 
 
Figura 16: Descarga 
 
Em um compressor alternativo, o processo de descarga é finalizado quando o pistão 
alcança o ponto superior da câmara de compressão e a válvula de descarga se fecha. No 
compressor parafuso, isto ocorre quando o espaço antes ocupado pelo gás é tomado pelo lóbulo 
do rotor macho (ver Figura 17). 
 
 
Figura 17 – Fim da descarga 
 
Os compressores alternativos sempre têm uma pequena quantidade de gás (espaço 
morto) que é deixado no topo do cilindro de compressão e se expande no próximo ciclo, desta 
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forma, ocupando um espaço que poderia ser utilizado para aumentar a massa de refrigerante 
succionado. No final da descarga de um compressor parafuso, nenhum volume “nocivo” 
permanece no interior da câmara de compressão, ou seja, todo o gás é jogado para fora. Esta é 
uma razão que faz com que os compressores parafuso sejam capazes de operar com razões de 
compressão mais altas do que os compressores alternativos. 
 
3.9 Razão entre Volumes 
 
Em um compressor alternativo, as válvulas de descarga abrem quando a pressão no 
cilindro excede a pressão na descarga. Pelo fato do compressor parafuso não possuir válvulas, a 
localização da câmara de descarga determina a máxima pressão que será conseguida nos 
lóbulos, antes do gás ser empurrado para fora. 
A razão entre volumes é uma característica de projeto fundamental em todos os 
compressores parafuso. O próprio compressor é um dispositivo de redução de volume. A 
comparação entre o volume de gás na sucção (Vs) e o volume de gás na câmara de compressão 
quando a descarga se abre define a razão de redução de volumes do compressor (Vi), que 
determina a razão de pressão do compressor através das relações abaixo: 
Vi = Vs/Vd 
onde : Vi = razão entre volumes 
Vs = volume na sucção 
Vd = volume na descarga 
Pi = Vi . cp 
onde : Pi = razão entre pressões 
cp = calor específico do gás 
Somente a pressão de sucção e a razão entre volumes definem o nível de pressão do gás 
antes da abertura da câmara de descarga. Entretanto, em todos os sistemas de refrigeração, a 
pressão de descarga do sistema é determinada pela temperatura de condensação, e a temperatura 
de evaporação determina a pressão de sucção. 
 
 
Figura 10 – Volume dos espaços entre lóbulos 
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Se a razão entre volumes do compressor for muito alta para uma dada condição de 
operação, a descarga do gás tornar-se-á muito longa e a pressão ficará acimada pressão de 
descarga. 
 
Este fenômeno é denominado sobre-compressão e é representado por um diagrama 
pressão-volume, conforme apresentado na Figura 18. Neste caso, o gás é comprimido acima da 
pressão de descarga e quando ocorre a abertura da descarga, a alta pressão do gás faz com que 
ocorra a expansão do refrigerante para a tubulação de descarga, fora do compressor. Isto 
acarreta um trabalho maior do que se a compressão tivesse sido interrompida quando a pressão 
interna fosse igual a pressão na câmara de descarga. 
 
 
Figura 18: Sobre-compressão - Diagrama P x V. 
 
Quando a razão entre volumes é muito baixa para as condições de operação do sistema, 
isto é chamado sub-compressão e está representada na Figura 19. Neste caso a abertura da porta 
de descarga acontece antes que a pressão do gás alcance a pressão de descarga. Isto faz com que 
o gás que estava do lado de fora do compressor invada a câmara de compressão, elevando a 
pressão imediatamente para o nível de pressão da descarga. O compressor tem que trabalhar 
com um nível de pressão mais alto, no lugar de trabalhar com uma gradual elevação do nível de 
pressão. 
 
 
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Figura 19: Sub-compressão - Diagrama P x V. 
 
Nos dois casos, o compressor ainda funcionará, e o mesmo volume de gás será 
deslocado, porém com uma potência requerida maior do que aquela que seria utilizada se as 
aberturas de descarga estivessem localizadas corretamente, de modo a equiparar a razão entre 
volumes com a necessidade do sistema. Isto gera um custo de energia maior. Projetos de razão 
entre volumes variável são usados para otimizar a localização da câmara de descarga e 
minimizar a potência requerida. 
 
 
 
 
 
Figura 20: Compressão ideal - Diagrama P x V. 
 
4. SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR AMÔNIA 
 
4.1 Definição 
 Os sistemas de refrigeração por amônia consistem de uma série de vasos e tubulações 
interconectados, que comprimem e bombeiam o refrigerante para um ou mais ambientes, com a 
finalidade de resfriá-los ou congelá-los a uma temperatura específica. Sua complexidade varia 
tanto em função do tamanho dos ambientes, quanto em função das temperaturas a serem 
atingidas. Como se trata de sistemas fechados, a partir do carregamento inicial, o agente 
somente é adicionado ao sistema quando da ocorrência de vazamento ou drenagem. 
A quantidade de amônia nos sistemas varia de menos de 2.000kg a mais de 100.000kg, 
sendo um desafio, porém, calcular a quantidade da substância existente em sistemas antigos, 
mantidos em funcionamento, às vezes, há décadas. As pressões podem atingir níveis elevados, 
entre 10 a 15 Kg/cm
2
. 
A produção do frio em circuito fechado foi proposta por Oliver Evans em 1805, e sua 
aplicação à indústria começou na segunda metade do século XIX. Os processos de refrigeração 
variam bastante, assim como os agentes refrigerantes. Porém, os princípios básicos continuam 
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sendo a compressão, liquefação e expansão de um gás em um sistema fechado. Ao se expandir, 
o gás retira o calor do ambiente e dos produtos que nele estiverem contidos. 
De uma forma simplificada, podem-se perceber três componentes distintos nos sistemas 
de refrigeração: o compressor, o condensador e o evaporador. 
O compressor é geralmente constituído por uma bomba dotada de um tubo de aspiração 
e compressão, possuindo um dispositivo que impede fugas de gás e entrada de ar atmosférico. 
Situado entre o evaporador e o condensador, aspira a amônia evaporada e a encaminha ao 
condensador sob a forma de um vapor quente sob pressão elevada. 
O condensador é formado geralmente por uma série de tubos de diâmetro diversos, 
unidos em curvas, podendo ser dotados exteriormente de hélices que garantem o mais perfeito 
aproveitamento das superfícies de contato. 
É resfriado por uma corrente de água em seu exterior. Nas pequenas instalações, o 
resfriamento é normalmente feito pelo próprio ar atmosférico. 
A amônia gasosa vinda do compressor liquefaz-se ao entrar em contato com a 
temperatura fria do condensador, sendo em seguida encaminhada para um depósito, de onde 
passará ao evaporador. 
O evaporador consiste geralmente de uma série de tubos, as serpentinas, que se 
encontram no interior do ambiente a ser resfriado. A amônia sob forma líquida evapora-se 
nesses tubos, retirando calor do ambiente na passagem ao estado gasoso. Sob a forma gasosa, 
volta ao condensador pelo compressor, fechando assim o ciclo. 
 
4.2 A Amônia 
Ponto de Ebulição: 33,35ºC Peso Molecular: 17 g/mol 
Ponto de Fusão: 77,7ºC Densidade 20ºC: 0,682 g/cm3 
Aparência e Odor: Gás comprimido liquefeito, incolor, com odor característico. 
Ponto de fulgor: Gás na temperatura ambiente Temperatura Auto-Ignição: 651ºC 
LIE: 16% (Limite Inferior de Explosividade) 
LSE: 25% (Limite Superior de Explosividade) 
Limite de Tolerância (NR-15, Anexo 11): 20 ppm ou 14 mg/m3 
IPVS: 300 ppm (Atmosfera imediatamente perigosa à vida e à saúde) 
OSHA: 15min STEL: 35 ppm, 24 mg/m3 ACGIH/TWA: 25 ppm, 17 mg/m3 
NIOSHI: 5 mg: 50 ppm, 35 mg/m3 
Solubilidade em água: Alta – 1 vol. de água dissolve 1.300 volumes do gás 
Absorção de calor: Alta - 1,1007 cal/g°C (H2O: 1cal/g°C ) 
*Fonte: OSHA/EUA; NR-15. 
 
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A amônia, com símbolo químico NH3, é constituída por um átomo de nitrogênio e três 
de hidrogênio, apresentando-se como gás à temperatura e pressão ambientes. Liquefaz-se sob 
pressão atmosférica a -33,35ºC. 
É altamente higroscópica, e a reação com a água forma NH4OH, hidróxido de amônia, 
líquido na temperatura ambiente, que possui as mesmas propriedades químicas da soda cáustica. 
É estável quando armazenada e utilizada em condições normais de estocagem e manuseio. 
Acima de 450ºC, pode decompor-se, liberando nitrogênio e hidrogênio. 
É facilmente detectada a partir de pequeníssimas concentrações (5 ppm) no ar pelo seu 
cheiro sui generis. 
Apresenta risco moderado de incêndio e explosão, quando exposta ao calor ou chama. A 
presença de óleo e outros materiais combustíveis aumentam o risco de incêndio. Em contato 
com halogênios, boro, 1.2 dicloroetano, óxido de etileno, platina, triclorato de nitrogênio e 
fortes oxidantes, pode causar reações potencialmente violentas ou explosivas. Em contato com 
metais pesados e seus compostos, pode formar produtos explosivos. O contato com cloro e seus 
compostos, pode resultar na liberação do gás cloroamina. Produz mistura explosiva quando em 
contato com hidrocarbonetos, sendo também incompatível com aldeído acético, acroleína, 
dridrazina e ferrocianeto de potássio. 
Dentre suas aplicações, destacam-se seus usos como agente refrigerante e na fabricação 
da uréia, um importante fertilizante. É ainda utilizada na fabricação de têxteis, na manufatura de 
rayon, na indústria da borracha, na fotografia, na indústria farmacêutica, na fabricação de 
cerâmicas, corantes e fitas para escrever ou imprimir, na saponificação de gorduras e óleos, 
como agente neutralizador na indústria de petróleo e como preservativo do látex, dentre outras. 
O gás é um irritante poderoso das vias respiratórias, olhos e pele. Dependendo do tempo 
e do nível de exposição podem ocorrer efeitos que vão de irritações leves a severas lesões 
corporais. A inalação pode causar dificuldades respiratórias, broncoespasmo, queimadura da 
mucosa nasal, faringe e laringe, dor no peito e edema pulmonar. A ingestão causa náusea, 
vômitos e inchação nos lábios, boca e laringe. Em contato com a pele, a amônia produz dor, 
eritema e vesiculação. Em altas concentrações, pode haver necrose dos tecidos e queimaduras 
profundas. O contato com os olhos em baixas concentrações (10 ppm) resulta em irritação 
ocular e lacrimejamento. Em concentrações maisaltas, pode causar conjuntivite, erosão na 
córnea e cegueira temporária ou permanente. Reações tardias podem acontecer como catarata, 
atrofia da retina e fibrose pulmonar. 
A exposição a concentrações acima de 2.500 ppm por aproximadamente 
30 minutos pode ser fatal. 
 
4.3 Riscos dos sistemas de refrigeração por amônia 
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As instalações frigoríficas, porque trabalham com refrigerantes com características 
físico químicas especiais e em condições de temperatura, pressão e umidade diferenciadas do 
habitual, apresentam riscos específicos à segurança e à saúde, relacionados com o tipo agente 
refrigerante utilizado, assim como com as instalações e equipamentos. 
As maiores preocupações são os vazamentos com formação de nuvem tóxica de amônia 
e as explosões. Causas de acidentes são falhas no projeto do sistema e danos aos equipamentos 
provocados pelo calor, corrosão ou vibração, assim como por manutenção inadequada ou 
ausência de manutenção de seus componentes, como válvulas de alívio de pressão, 
compressores, condensadores, vasos de pressão, equipamentos de purga, evaporadores, 
tubulações, bombas e instrumentos em geral. É importante observar que mesmo os sistemas 
mais bem projetados podem apresentar vazamentos de amônia, se operados e/ou mantidos de 
forma precária. 
São freqüentes os vazamentos causados por: 
• abastecimento inadequado dos vasos; 
• falhas nas válvulas de alívio, tanto mecânicas quanto por ajuste inadequado da pressão; 
• danos provocados por impacto externo por equipamentos móveis, como empilhadeiras; 
• corrosão externa, mais rápida em condições de grande calor e umidade, especialmente nas 
porções de baixa pressão do sistema; 
• rachaduras internas de vasos que tendem a ocorrer nos/ou próximo aos pontos de solda; 
• aprisionamento de líquido nas tubulações, entre válvulas de fechamento; 
• excesso de líquido no compressor; 
• excesso de vibração no sistema, que pode levar a sua falência prematura. 
 
4.4 Gestão segura de Sistemas de Refrigeração 
Uma instalação segura de refrigeração por amônia sustenta-se em três pilares: 
• projeto apropriado, orientado por normas e códigos de engenharia; 
• manutenção eficaz; 
• operação adequada. 
Elementos para a gestão da segurança e saúde em estabelecimentos que possuam esse 
tipo de sistemas devem incluir: 
• informações de segurança do processo; 
• análises dos riscos existentes; 
• procedimentos operacionais e de emergência; 
• capacitação de trabalhadores; 
• esquemas de manutenção preventiva; 
• mecanismos de gestão de mudanças e subcontratação; 
• auditorias periódicas; 
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• investigação de incidentes. 
 
4.5 Instalações 
Cuidados especiais devem ser tomados quanto à instalação da casa de máquinas, que 
deve ser localizada no térreo, no nível do solo, de preferência em edificação separada. 
Inexistindo essa possibilidade e havendo necessidade de se mantê-la na mesma edificação onde 
se realizem outras atividades administrativas ou de produção, a casa de máquinas deverá ser 
instalada fora do prédio, com o máximo de paredes exteriores possível. 
Uma ventilação adequada é fundamental e, nos casos de ambientes fechados, o pé-direito deve 
ser, no mínimo, de 4 metros, existindo pelo menos 2 saídas de emergência. É essencial a 
existência de detectores de vazamento no local. 
Os escapamentos dos dispositivos de alívio de pressão devem localizar-se em altura e 
distante de portas, janelas e entradas de ar – o ideal é mantê-los acima do telhado e pelo menos a 
5 metros acima do nível do solo e a mais de 6 metros de distância de janelas, entradas de ar ou 
portas. 
 
4.6 Equipamentos e Materiais 
Todos os equipamentos do sistema de refrigeração devem ser adequadamente 
dimensionados e instalados, além de testados antes de sua operação. É essencial que os 
componentes, inclusive tubulações, sejam devidamente sinalizados e identificados. 
Condensadores, compressores, outros vasos, evaporadores e bombas devem estar 
equipados com válvulas de alívio de pressão. Os compressores devem ter controle de baixa 
pressão e dispositivo de limitação da pressão. As tubulações podem ser de ferro ou aço; zinco 
ou cobre são proibidos para instalações contendo amônia. A armazenagem de amônia deve ser 
feita preferencialmente em área coberta, seca, ventilada, com piso impermeável e afastada de 
materiais incompatíveis, recomendando-se a instalação de diques de contenção. É essencial que 
se definam cuidados especiais com os cilindros e tanques de amônia, inclusive no seu 
abastecimento. 
Considerando o risco envolvido, todas as instalações onde existe amônia devem sofrer 
processo periódico de inspeção para verificação de suas condições. Recomenda-se uma inspeção 
visual em todos os pontos críticos – soldas, curvas, junções, selos mecânicos – pelo menos a 
cada 3 meses. 
Tanques e reservatórios devem passar por inspeção de segurança completa, nos prazos 
máximos previstos na legislação (NR-13), recomendando-se radiografia de soldas e testes de 
pressão. Todas as etapas da manutenção do sistema devem ser cuidadosamente especificadas e 
adequadamente registradas, definindo-se procedimentos específicos para operações de risco, tais 
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como a purga de óleo do sistema, a drenagem de amônia e a realização de reparos em 
tubulações. 
 
4.7 Medidas de proteção 
Pontos essenciais em relação à prevenção coletiva da exposição a amônia incluem: 
• manutenção das concentrações ambientais a níveis os mais baixos possíveis e sempre abaixo 
do nível de ação (NR-9), por meio de ventilação adequada; 
• implantação de mecanismos para a detecção precoce de vazamentos. 
O desejável é a instalação de monitores ambientais acoplados a sistema de alarme, 
especialmente nos locais críticos. 
O Instituto Internacional de Refrigeração por Amônia (IIAR) recomenda ainda a 
instalação de caixa de controle do sistema de refrigeração de emergência, que desligue todos os 
equipamentos elétricos e acione ventilação exaustora, sempre que necessário. 
Outras medidas de proteção coletiva incluem a sinalização adequada dos equipamentos e 
tubulações, a existência de saídas de emergência mantidas permanentemente desobstruídas e 
adequadamente sinalizadas, e a instalação de chuveiros de segurança e lava-olhos. 
Sistemas apropriados de prevenção e combate a incêndios devem estar presentes e em perfeito 
estado de funcionamento. O ideal é a instalação de sprinkler sobre qualquer vaso grande de 
amônia para mantê-lo resfriado, em caso de fogo. Instalações elétricas à prova de explosão são 
desejáveis. Dentre as medidas administrativas incluem-se a permanência do menor número 
possível de trabalhadores na sala de máquinas e somente os que realizam manutenção e 
operação dos equipamentos, a manutenção dos locais de trabalho dentro dos padrões de higiene 
ocupacional e a realização do controle de saúde dos expostos ao produto, enfatizando avaliação 
oftalmológica, da pele e do trato respiratório. 
As empresas devem possuir equipamentos básicos de segurança pessoal para cada 
trabalhador envolvido diretamente com a planta, dispostos em locais de fácil acesso e fora da 
sala de máquinas: 
• uma máscara panorâmica com filtro de amônia; 
• equipamento de respiração autônomo; 
• óculos de proteção ou protetor facial; 
• um par de luvas protetoras de borracha (PVC); 
• um par de botas protetoras de borracha (PVC); 
• uma capa impermeável de borracha e/ou calças e jaqueta de borracha. 
Devem ser estabelecidos por escrito planos de emergência para ações em caso de 
vazamento, realizando-se treinamentos práticos. Como conteúdo mínimo, é preciso prever 
mecanismos de comunicação da ocorrência, evacuação das áreas, remoção de quaisquerfontes 
de ignição, formas de redução das concentrações de amônia e procedimentos de contenção de 
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vazamentos. Em caso de vazamento com grande concentração de gases, faz-se necessária a 
utilização de máscaras autônomas e proteção total do corpo com tecido impermeável ou, na 
ausência dessas, o umedecimento dos trajes. Na mesma linha de raciocínio, deve-se aspergir 
água para forçar a reação de hidratação e formação do hidróxido de amônia. É crítico que se 
observe que, na ocorrência do vazamento, a amônia, em estado aerossolizado, comporta-se 
como um gás denso. 
Em caso de fogo, recomenda-se o uso de água para resfriar recipientes expostos. Para 
fogo envolvendo amônia líquida, utiliza-se pó químico ou CO2. 
 
4.8 Capacitação e treinamento de trabalhadores 
Os sistemas de refrigeração por amônia devem ser operados por profissional 
qualificado, com certificado de treinamento, conforme o disposto na NR-13. Todos os que 
laboram no estabelecimento, inclusive terceiros, devem ser suficientemente informados sobre os 
riscos existentes e as medidas de controle, e treinamento para as ações de emergência e de 
evacuação de área. É necessária a previsão de treinamentos especiais para os que operam, 
inspecionam e mantêm o sistema, assim como para os trabalhadores que laboram próximos aos 
equipamentos, e os que operam equipamentos móveis, como empilhadeiras. 
Os operadores devem ter conhecimentos completos sobre o sistema, incluindo 
compressores, válvulas de controle automático, de isolamento e de alívio de pressão, controles 
elétricos e mudanças de temperatura e pressão. Devem saber que partes do sistema requerem 
manutenção preventiva e como realizá-la de forma segura, além de como observar e avaliar o 
sistema para identificar sinais de problemas, como vazamentos e vibração. 
 
4.9 Normas de referência 
O Brasil carece de normas legais e técnicas especí.cas para sistemas de refrigeração. 
Destacam-se as Normas Regulamentadoras (NRs) do Ministério do Trabalho e Emprego, 
especialmente a NR-13 – Caldeiras e Vasos de Pressão e a norma da ABNT “Vasos de pressão 
para refrigeração”, 1996. Referências internacionais são as normas do Instituto Nacional de 
Normas Técnicas dos EUA (ANSI): 
• ANSI/ Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e 
Condicionamento de Ar (ASHRAE) 15-1978. 
Essa norma especi.ca os locais onde os distintos grupos de refrigerantes podem ser 
aplicados; restringe a presença de chama em salas de máquinas; ocupa-se do ambiente industrial 
e estabelece limites nas quantidades dos refrigerantes nas diversas áreas de trabalho; dispõe 
sobre reservatórios e tubulações, determinando limites de pressão de operação; descreve as 
aplicações dos dispositivos limitadores de pressão, além de cobrir aspectos relacionados à 
instalação. A norma ANSI/ASHRAE 15-1978 relaciona-se a outras normas, incorporando-as, 
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como a “Boiler and Pressure Vessel Code” e a ANSI/ Sociedade Americana de Engenheiros 
Mecânicos (ASME) B31.5, para tubulações de refrigeração. 
• ANSI/IIAR 2-1984. 
Preparada especificamente para sistemas de amônia, recomenda que a amônia 
apresente-se com concentração de 99,95% e que as placas de identificação sejam afixadas nos 
principais componentes do sistema, contendo informações como: o nome do fabricante, o ano 
de fabricação, o número do modelo e a pressão nominal, comprovando, ainda, que o 
equipamento foi testado quanto a sua segurança e aplicação adequada. A norma especifica, 
também, dois níveis de pressão de projeto: alto e baixo. Uma abordagem alternativa para 
ventilação de salas de máquinas também é proposta. Outras diretrizes internacionais são 
emitidas pela IIAR, como a norma “Ammonia Refrigeration Valves”, publicada em 1999. 
 
4.9 Aspectos da auditoria fiscal 
A Auditoria Fiscal do Trabalho na área de Segurança e Saúde encontra-se 
adequadamente qualificada para uma intervenção eficaz nas empresas que utilizam sistemas de 
refrigeração por amônia, tendo as Normas Regulamentadoras de Segurança e Saúde como 
referência. Estratégias precisam ser definidas para a prevenção de acidentes nessas empresas, 
preferencialmente as que intervenham de forma coletiva na questão, otimizando recursos 
humanos e materiais e assegurando um caráter amplo e igualitário para a ação. 
O controle dos riscos de agravos à segurança e à saúde de trabalhadores, em virtude da 
utilização de sistemas de refrigeração por amônia, pode ser obtido por meio do cumprimento do 
já previsto na plena legislação nacional, não-específica, mas que contempla os elementos 
mínimos de qualquer sistema de segurança. Entre as Normas Regulamentadoras, aplica-se o 
disposto na NR-13, considerando-se o limite de tolerância da amônia (20 ppm). A norma prevê 
aspectos de considerável importância na prevenção de acidentes, entre eles: 
• a identificação e as informações completas sobre os vasos de pressão, contidas em um 
prontuário; 
• o registro de todas as ocorrências com os vasos, em livro próprio ou em sistema informatizado; 
• a disponibilização da informação aos trabalhadores e sindicatos; 
• a instalação adequada dos vasos de pressão, definida em projeto; 
• os procedimentos para operação segura, dispostos em um manual específico; 
• a manutenção do sistema (vasos de pressão, válvulas e tubulações, entre outros equipamentos) 
e as inspeções de segurança periódicas, realizadas por profissional habilitado e registradas em 
relatórios; 
• a qualificação dos operadores. 
Destaca-se como grande instrumento da Auditoria Fiscal do Trabalho a aplicação 
judiciosa da NR-9, focada na prevenção de riscos com amônia. A norma, se cumprida em sua 
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íntegra, prevê a implantação obrigatória da maioria dos controles necessários para a operação 
segura das empresas, por meio do Programa de Prevenção de Riscos Ambientais, inclusive: 
• a análise de projetos de instalações, métodos e processos de trabalho novos; 
• o reconhecimento e a avaliação dos riscos existentes, inclusive a avaliação quantitativa; 
• a adoção de medidas necessárias e suficientes para eliminação, minimização ou controle dos 
riscos, inclusive riscos potenciais; 
• a realização de treinamento e a disponibilização aos trabalhadores de maneira apropriada e 
suficiente sobre os riscos ambientais e os meios de prevenção; 
• a especificação técnica adequada de equipamentos de proteção individual, incluindo a proteção 
respiratória, com estabelecimento de normas para seu fornecimento, uso, guarda, higienização, 
conservação, e manutenção; 
• a avaliação da eficácia das medidas de proteção; 
• o monitoramento da exposição de trabalhadores por meio da avaliação sistemática e repetitiva 
da exposição a um dado risco; 
• o registro de dados. 
 
5. ESPECIFICAÇÕES DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DO ESTABELECIMENTO 
 
Nome da Empresa: 
Ramo da indústria alimentícia: Frigorífico de aves (frango) 
Capacidade frigorífica: 
Ciclo de refrigeração: Refrigeração por compressão de vapor 
Processo de resfriamento: Contínuo 
Sistema de refrigeração: Mutltipressão ou duplo estágio (resfriar e congelar) 
Refrigerante: Amônia 
Quantidade de refrigerante que circula no sistema: 3.000Kg 
Meio de resfriamento do sistema (condensadores): Água 
Componentes do sistema de refrigeração: Evaporador, Compressor de duplo estágio, 
Condensador evaporativo, Válvula de expansão e Separador de líquido horizontal. 
Quantidade de câmaras frias: 4 (uma para refrigeração e três para congelamento) 
Embalagens utilizadas para armazenamento dos produtos nas câmeras frias: Caixas 
plásticas e de papelão. 
 
5.1 O Sistema de Refrigeração por Amônia. 
O sistema visitado, de/ refrigeração por amônia, consiste de uma sériede vasos e 
tubulações interconectados que comprimem e bombeiam o refrigerante (amônia) para vários 
ambientes, com a finalidade de resfriá-los (Figura 21e 22), congelar os produtos e água (Figura 
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23 e 24). Representam, portanto, um sistema de duplo estágio (um para resfriar e outro para 
congelar), o que minimiza a necessidade de um grande compressor, aumentando assim a vida 
útil dos equipamentos. 
 
 
 
 
A complexidade do sistema varia tanto em função do tamanho dos ambientes como em 
função das temperaturas a serem atingidas. São quatro câmaras, uma de refrigeração com a 
temperatura em torno de 3
o
C, e três de congelamento, com temperaturas em torno de -21
o
C, 
-16
o
C e -18
o
C, respectivamente. 
O processo constitui-se dos três princípios básicos, comuns nos diversos sistemas de 
refrigeração. São eles: compressão, liquefação e expansão. Expandindo-se a amônia retira o 
calor do ambiente e dos produtos nele contidos. Podem-se perceber os três componentes 
distintos no sistema: o compressor, o condensador e o evaporador (Figura 25). 
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 Fig. 25. Sistema mecânico de refrigeração por compressão de vapor. 
 
5.1.1 Sistema de Compressão. 
Os compressores de duplos estágios são constituídos por uma bomba dotada de um tubo 
de aspiração e compressão. Situados na sala de máquinas (Figura 26 e 27), entre o evaporador e 
o condensador, aspiram a amônia evaporada e a encaminha ao condensador (sob a forma de um 
vapor quente sob pressão elevada). 
 
 
 
Fig.26. Esquema da casa de máquinas. 
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Fig. 27. Compressores 
 
 
5.1.2. Sistema de Condensação. 
No condensador, o calor deve ser retirado do sistema. No projeto optou-se pela 
utilização de um sistema de condensação a água, com um trocador de calor casco e tubo, bomba 
de circulação de água e torre de resfriamento (Figura 28). 
 
 
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Fig.2 8. Torre de resfriamento. 
 
O condensador é formado por uma série de tubos de diâmetro diversos, unidos em 
curvas que garantem um aproveitamento mais perfeito das superfícies de contato. É resfriado 
por uma corrente de água em seu exterior. A amônia gasosa vinda do compressor liquefaz-se ao 
entrar em contato com a temperatura fria do condensador, sendo em seguida encaminhada para 
um depósito, de onde passará ao evaporador. 
 
5.1.3. Sistema de Evaporação 
Na fábrica de gelo encontra-se um evaporador do tipo inundado (Figura 29). Nas 
câmaras frigoríficas, os evaporadores consistem de uma série de tubos, as serpentinas, que se 
encontram no interior da ambiente a ser resfriado (Figura 30). 
 
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Fig. 29. Fabrica de gelo. 
 
 
Fig. 30. Evaporadores. 
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A amônia sob forma líquida evapora-se nesses tubos, retirando calor do ambiente na 
passagem ao estado gasoso. Sob a forma gasosa, volta ao condensador pelo compressor, 
fechando assim o ciclo. 
 
5.2. Tratamento da Água de Captação Superficial. 
A água, captada diretamente de um pequeno riacho próximo as instalações 
agroindustriais, é tratada numa pequena estação de tratamento de água (ETA) (Figura 31), para 
a remoção de bactérias, elementos nocivos (tóxicos), cor, turbidez, odor, sabor e compostos 
responsáveis por corrosividade no sistema de refrigeração. 
 
 
Fig. 31. Estação de tratamento de água.