Ciclo De Refrigeração

Prévia do material em texto

CAP 5: CICLO DE REFRIGERAÇÃO
Prof. Edmar Bezerra
Numa definição bem simples, podemos dizer que a refrigeração é remover o calor de um corpo ou de um sistema.
O calor, é uma forma de energia que o homem não pode destruir. Por isso, ao ser removido, o calor é transferido de um local onde não é desejado para um outro onde não incomoda.
Refrigeração
Eng. Edmar Bezerra
Ao ser removido o calor, a temperatura da substância da qual foi removido tende a cair enquanto a temperatura da substância que absorve calor tende a subir.
aplicação prática desse princípio na refrigeração é uma sala refrigerada
Aplicação prática
o calor do ar interno passa através do evaporador do condicionador de ar;
dentro do evaporador circula refrigerante a uma temperatura inferior. Ao entrar em contato com as tubulações por onde circula o refrigerante, o ar interno perde calor para ele;
O calor é absorvido pelo refrigerante dentro do evaporador e levado até o condensador
Na próxima etapa o calor se move do refrigerante dentro do condensador para o ar externo
Categorias de Refrigeração
Ar condicionado para conforto;
Refrigeração(alimentos)
Refrigeração para processo
Refrigeração de baixa temperatura 
(-40 a -190°C) (criogenia)
Ar condicionado pode proporcionar a um sistema aquecimento, umidificação, resfriamento, ventilação, filtração e circular o ar
Categorias de Refrigeração
A refrigeração refere-se ao processo de refrigeração mecânica para esfriar e congelar alimentos. Envolve também a produção de gelo para fins comerciais.
A criogenia e o envasamento de gases sobre em cilindros são exemplos desse processo.
Ciclo de Refrigeração
Ciclo de Refrigeração
Ciclo de Refrigeração
Ciclo de Refrigeração
Ciclo de Refrigeração
Ciclo de Refrigeração
Ciclo de Refrigeração
Ciclo de Refrigeração ACJ
Ciclo de Refrigeração ACJ
PERGUNTAS
1.Quais são as categorias básicas de refrigeração? Qual a diferença entre elas?
2. Defina com suas palavras ciclo de refrigeração
3. Quais são os componentes básicos do ciclo genérico de refrigeração?
4. Qual a função do compressor?
5. Qual a função do condensador?
6. Qual a função do evaporador? 
PERGUNTAS	
7. Qual a função do tubo capilar e da válvula de expansão?
8. Quais são os componentes de um ACJ?
9. Que mudanças de estado ocorrem com o fluido refrigerante dentro de um circuito frigorígeno?
10. Onde ocorrem as mudanças de estado no sistema frigorígeno?
CAP 6: COMPRESSORES
O compressor atua como o coração do sistema de refrigeração, criando o fluxo do refrigerante ao longo dos componentes do sistema
recebe vapor refrigerante em baixas temperatura e pressão e eleva o vapor até uma pressão e temperatura maior
Tipos de compressores
alternativo;
rotativo;
scroll;
parafuso;
centrífugo;
Tipos de Compressores 
alternativo: tem um pistão que vai e vem dentro de um cilindro. É o mais comum nos aparelhos atuais mais gradativamente vai sendo substituído pelo rotativo, mais econômico e silencioso
Compressor Alternativo
Nesse tipo de compressor o movimento do pistão é sincronizado com o fechamento e abertura das válvulas de sucção e descarga
Quando a válvula de sucção fecha o pistão começa a comprimir o gás refrigerante até chegar a pressão aproximada de 263 PSIG onde ocorre a abertura da válvula de descarga
Compressor Alternativo
processo se repete aproximadamente 3.000 vezes por minuto já que esse é o RPM comum de um compressor alternativo usando R22
Alguns compressores alternativos têm o motor e o compressor dentro da mesma carcaça e são chamados de herméticos
Outros têm o motor independente do compressor e, neste caso, são chamados de abertos
Compressor Alternativo
Hermético
Semi-hermético ou aberto
Compressor Alternativo
Hermético
Compressor Alternativo
Aberto
Compressor Alternativo Semi-Hermético
Compressor Alternativo Aberto
Unidade Condensadora 
Compressor Alternativo Semi-Hermético
Unidade Condensadora
Compressor Alternativo
Nos casos de acionamento externo, deve-se tomar cuidado para usar um motor que gire a mesma velocidade necessária ao funcionamento do compressor. 
Pode-se também usar polias e correias para conseguir a velocidade correta 
Compressor Alternativo
O óleo para lubrificação dos compressores herméticos fica no fundo da carcaça e sobe através de um canal dentro do eixo do conjunto e depois desce por gravidade, lubrificando as partes móveis
Compressor Alternativo
Compressor e sua bobina elétrica
Compressor Rotativo
rotativo: tem um rotor excêntrico que gira dentro de um cilindro comprimindo o gás refrigerante.
Seu nível de ruído é bem menor que o alternativo.
Há pouco desgaste entre as peças e menor consumo de energia
Compressor Rotativo
Compressor de palhetas
Compressor Rotativo
Compressor Rotativo
Utilizados em geladeiras domésticas, congeladores e condicionadores de ar 
(<0.75 kW to 3.0 kW)
Compressor Scroll
Espirais de compressor Scroll
Compressor Scroll
Processo de compressão de um compressor Scroll
Compressor Scroll
Compressor Scroll
Características
 A capacidade de refrigeração dos compressores Scroll, para sistemas de expansão direta, está na faixa de 1 a 15 TR (52,3 kW) 
Podem ser encontrados com capacidade de até 60 TR 
(Chillers resfriados a água)
Menos peças móveis (<50%)
Compressor de Parafusos 
Compressor de Parafusos
Compressor de Parafusos
Compressor de Parafusos
Compressor de Parafusos
Capacidades de 50 até 350 TR
Menos partes móveis
Menor eficiência que os alternativos em condições de carga parcial
Óleo:	- lubrificação
	- vedação
	- resfriamento
Compressor Centrífugo
Podem ser utilizados satisfatoriamente de 60 a 3000 TR
To pode atingir de –50 a –100 ºC (sistemas de estágios múltiplos)
Maior aplicação: resfriamento da água até 6 a 8 ºC (ar condicionado, chillers)
Compressor Centrífugo
Compressor Centrífugo
Compressor Centrífugo
Pack
Pack
Uso de compressores
Inimigos do Compressor
Qualquer que seja o problema num circuito de refrigeração, normalmente quem irá quebrar é o compressor !
RETORNO 
DE ÓLEO 
INSUFICIENTE
RETORNO
DE
LÍQUIDO
UMIDADE
NO
SISTEMA
SUJEIRA
NO
 SISTEMA
FALTA 
DE
MANUTENÇÃO
Protetor Térmico
Protetor térmico interno acoplado ao motor elétrico, abre os contatos com 105°C e fecha com 60°C.
PERGUNTAS	
1. Quais são os tipos de compressores existentes 
2. Descreva o funcionamento do compressor alternativo.
3. Descreva o funcionamento do compressor rotativo
4. Descreva o funcionamento do compressor scroll.
5. Que tipos de equipamentos utilizam compressores alternativos?
6. Que tipos de equipamentos utilizam compressores rotativos?
7. Qual a diferença entre um compressor hermético, semi-hermético e aberto?
8. Quais são as vantagens que o compressor Scroll apresenta em relação ao alternativo?
9. Desenhe o esquema de funcionamento de um compressor tipo parafuso.
10. Como funciona o estágio de compressão de um compressor centrífugo?
CAP 7: CONDENSADOR
O condensador é o componente do ciclo de refrigeração responsável por transferir o calor do sistema para o ar ou água ou para uma combinação dos dois, conhecido como condensador evaporativo
O calor é absorvido pelo evaporador e deslocado até o condensador pelo compressor
São identificados de acordo com o fluido para o qual transferem calor
Condensador resfriado a ar 
Transferem o calor absorvido diretamente para o ar externo. Numa condição normal de projeto e funcionamento (carga máxima do sistema), o refrigerante está aproximadamente 14 a 16 ºC mais quente do que o ar externo.
Condensador resfriado a ar
Condensador resfriado a ar
Comparado com um condensador a água, o sistema arrefecido a ar requer uma diferença maior de temperatura entre o refrigerante e o ar externo
essa característica os torne menos eficientes em termos energéticos
seu projeto simples permite baixos custos de instalação e manutenção
Condensador resfriado a ar
equipamentos residenciais de até 5 TR (60.000 BTU/h) e comerciaisde até 50 TR (600.000 BTU/h) utilizam condensadores a ar.
as aletas muito próximas, retém muita poeira, sujeira, pelos, etc.
Se não forem limpos regularmente passam a trabalhar com pressões e temperaturas de descarga muito elevadas
Condensador resfriado a ar
A sujeira é uma das causas principais dos defeitos dos compressores nesses aparelhos
É necessário que se realiza manutenção frequente. Dependendo do local de instalação a limpeza do condensador deve ser feita de 2 a 5 vezes por ano.
Condensador resfriado a ar
Condensador de câmara frigorífica e de split
Condensador resfriado a ar
Condensador resfriado a água
Os sistemas resfriados a água 3 estágios transferir o calor:
calor é transferido do refrigerante, no condensador para a água que circula no mesmo
a água é transferida de dentro do condensador para fora, através de uma tubulação e uma bomba, que a leva para a torre de resfriamento
torre de resfriamento rejeita o calor da água para o ar externo
Condensador resfriado a água
M
M
Torre de Resfriamento
PERGUNTAS
1. Quais são os tipos de condensadores existentes?
2. Como funciona o condensador resfriado a ar?
3. Que faixa de capacidades normalmente são empregados condensadores resfriados a ar?
4. Quais são os danos que a sujeira e poeira podem causar no condensador e no sistema frigorígeno?
PERGUNTAS
5. Quais são os estágios que um condensador resfriado a água apresentam?
6. Quais são as vantagens de um sistema de condensação a água?
7. Quais são os tipos básicos de condensadores resfriados a água?
8. Que faixa de capacidade é trabalhada em resfriadores evaporativos?
CAP 8: EVAPORADORES 
evaporador é um trocador de calor que absorve o calor para o sistema de refrigeração
Ele recebe líquido refrigerante frio, de baixa pressão vindo do dispositivo de expansão 
através da absorção do calor de alguma substância, vaporiza-o em seu interior
Evaporadores de expansão seca, ou direta
Os evaporadores D-X são utilizados na maioria dos sistemas de refrigeração com menos de 100 TR
o fluxo de refrigerante é controlado de maneira tal que o refrigerante é essencialmente líquido ao entrar no evaporador, porém sai dele na forma gasosa.
Apresenta "tubo" contínuo no qual flui o refrigerante vindo de dispositivo de expansão em direção a linha de sucção do compressor
Evaporadores de expansão seca, ou direta
Não existe um ponto claramente definido de separação entre os estados líquido e gasoso do refrigerante num evaporador D-X
Ele entra líquido, mas com um pequena quantidade de gás (flash gás), e gradativamente a medida que vai percorrendo o evaporador vaporiza-se até estar totalmente gasoso na saída do evaporador.
Evaporadores inundados
São utilizados em sistemas voltados para conforto, acima de 100 TR.
Num evaporador inundado, o refrigerante é basicamente líquido (inundado) desde o início do evaporador até a sua saída
Ocorre a recirculação do refrigerante dentro do evaporador devido a adição de uma câmara de separação
Evaporadores inundados
Evaporadores inundados
A totalidade do evaporador está em contato com o refrigerante gerando uma excelente transferência de calor
contrapartida é que os evaporadores inundados são maiores e requerem uma carga muito maior de refrigerante
Evaporador tubo liso
Nada mais são do que simples tubos de cobre com uma forma que melhor atenda a necessidade. 
São comumente chamados de serpentinas de superfície primária, porque sua superfície primária, o tubo, é a única utilizada para transferir o calor.
Evaporador tubo liso
Evaporador tubo liso
São utilizados na maioria das vezes para trabalhos onde a temperatura é mantida abaixo de 1 °C.
Frequentemente são submersos em tanques de resfriamento ou congelamento de líquidos
Evaporador tipo tubo e aletas
Esse é um tipo de evaporador tipo tubo que tem placas finas de metal fixadas entre os seus tubos. 
As aletas melhoram a eficiência da transferência de calor, devido a aumentarem a área global de troca de calor.
Devido a essa maior área, esses evaporadores podem ser mais compactos que os de tubo liso sem prejudicar a capacidade de absorção de calor.
O material utilizado nas aletas deve ser um bom condutor de calor tal como o alumínio ou o cobre e deve estar fixado firmemente nos tubos do evaporador
Pode haver entre 1 a 14 aletas por polegada.
 Quanto menor for a temperatura do evaporador, mais espaçadas estarão as aletas. 
Isso é necessário porque o gelo bloqueia com facilidade a circulação do ar no evaporador quando elas estão muito próximas umas das outras. 
Evaporador de superfície de placas
Costuma ter formas diversas e também são conhecidos como evaporadores de superfície plana. 
Uma versão muito popular presente na maior parte dos refrigeradores domésticos consiste em duas folhas de metal, planas, uma com forma de tubos prensados nela enquanto a segunda é plana. 
Ambas são soldadas juntas para formar um circuito no qual circula o refrigerante
Sua vantagem é que a fabricação é econômica, fácil de limpar e degelar.
Ex: evaporador de geladeiras
Sistemas de água gelada
Em instalações grandes de resfriamento é desejável utilizar evaporadores com certa distância entre elas. 
Levar refrigerante a cada uma delas através de linhas conectadas a uma máquina central é caro e envolve um difícil e cuidadoso projeto de tubulação para evitar retorno do óleo lubrificante e problemas com o fluxo de refrigerante
Sistemas de água gelada
A solução para esse problema são os sistemas de água gelada. 
Os componentes do ciclo de refrigeração ficam agrupados numa área pequena, mantendo baixo o custo do projeto e instalação e evita os problemas acarretados por uma extensa tubulação.
O evaporador, chamado de cooler, é utilizado para refrigerar a água que é enviada até cada um dos circuitos de água gelada. 
Sistemas de água gelada
Custa menos projetar e instalar um sistema de linhas de água do que de refrigerante. 
A água circulada para o resfriamento também é muito mais barata. 
Os problemas de vazamento ocorrem com uma frequência bem menor e é mais fácil detectá-los e consertá-los
PERGUNTAS	
1. Explique como funciona o processo de transferência de calor no evaporador
2. Qual a definição de evaporador
3. O que são evaporadores de expansão direta?
4. Dê exemplos de equipamentos que apresentam expansão direta.
5. O que são Evaporadores inundados ? E como funcionam?
6. O que são evaporadores de tubo liso?
7. Para que servem as aletas em evaporadores?
8. O que são evaporadores de superfície de placas?
9. Quais as vantagens apresentam evaporadores de superfície de placa?
10. Onde são empregadas os sistemas de água gelada? Quais são suas vantagens?
CAP 9: FILTRO SECADOR
Filtros secadores são componentes instalados em sistema de refrigeração com a função de reter a umidade e partículas sólidas. 
São construídos em cobre ou ferro. Internamente possui uma tela grossa na entrada e uma tela fina na saída, entre as telas são colocados dessecantes que podem ser molecular Sieves ou Silicagel que adsorvem umidade em um sistema de refrigeração.
FILTRO SECADOR
O filtro secador é composto por partículas dessecantes e deve ser escolhido de acordo com sua aplicação, levando em conta fluido refrigerante, pressões de trabalho e fluxo de massa
Apresentam sentido de fluxo de refrigerante
Devem ser instalados na posição horizontal ou vertical com saída para baixo
FILTRO SECADOR
Quando ocorre problemas, devem ser consultados os catálogos dos fornecedores de filtros secadores para verificar se o produto foi aplicado de acordo com o recomendado pelo fabricante. 
Se a aplicação não for a correta, o filtro secador deve ser substituído por outro mais robusto, com partículas maiores.
FILTRO SECADOR
Um dos sintomas que pode ajudar a identificar problemas de entupimento é uma diferença de temperatura grande entre entrada, meio e saída do evaporador
Outra possível causa desse problema é a elevada umidade no sistema. Misturada aoóleo éster, a umidade forma um ácido corrosivo, prejudicial aos dessecantes e aos componentes do sistema
FILTRO SECADOR
Funções:
Retém partículas de sujeira que em circulação no circuito poderiam causar obstrução ou danos as partes mecânicas do compressor;
Absorve a umidade residual do circuito que porventura não tenha sido removida pelo vácuo, evitando todos os danos que causam no sistema como formação de ácidos, corrosão aumento de pressões, congelamentos com consequente obstrução do sistema 
O filtro secador é composto por partículas dessecantes e deve ser escolhido de acordo com sua aplicação, levando em conta fluido refrigerante, pressões de trabalho e fluxo de massa.
Quando substituídos devem permanecer poucos minutos abertos pois podem absorver umidade do ar.
Devem ser aberto somente quando forem ser soldados no circuito frigorígeno.
Dispositivo de Expansão
Servem para reduzir a pressão do fluido refrigerante para o evaporador e controlam o fluxo do refrigerante: 
Tubo capilar
Válvula de Expansão
Distribuidor de Líquido
Solda de Peças
PERGUNTAS
Qual a função do filtro secador no sistema de refrigeração?
 de que é composto o filtro secador?
Como deve ser instalado o filtro secador?
Quais são os possíveis problemas para o sistema de refrigeração ao apresentar filtro secador entupido?
É possível substituir um filtro de um sistema com R600 por um de R134A? Porque?
6. Que danos a umidade pode causar no sistema de refrigeração?
7. Que sintoma pode mostrar o entupimento do filtro secador?