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REFRIGERAÇÃO Introdução São muitos os tipos de sistemas de refrigeração mecânica. Eles têm uma grande variedade de formas, tamanhos, arranjos dos componentes e usos. Se estudarmos refrigeração procurando entender cada um deles, teremos um longo e prolongado estudo. No entanto, como os princípios da refrigeração mecânica e os componentes essenciais são os mesmos, quer o sistema seja grande ou pequeno, podemos aprender a refrigeração estudando o que todos eles tem em comum, o ciclo de refrigeração. Depois do conhecer bem o ciclo de refrigeração, tornar-se mais fácil olhar para detalhes que diferenciam um sistema de outro. Ciclo aberto x ciclo fechado de refrigeração Os sistemas de refrigeração mecânica utilizam um ciclo fechado, significando que o refrigerante está isolado do meio ambiente. Num ciclo aberto a substancia que absorve o calor esta exposta ao ambiente. O refrigerador de antigamente utilizava um ciclo aberto de refrigeração. O gelo que fazia o resfriamento estava exposto ao ambiente ao seu redor. Um bloco de gelo era colocado no topo e os alimentos eram armazenados na parte de baixo do aparelho. O calor era levado por convecção do ar ate o gelo, resfriando os alimentos e derretendo o gelo. A água produzida levava o calor absorvido dos alimentos para fora do gabinete do aparelho, ate uma bandeja situada abaixo do mesmo. Nestes aparelhos, o gelo tinha que ser periodicamente reposto e bandeja com água esvaziada para manter o aparelho em operação. Teoricamente pode se utilizar um refrigerante num sistema de refrigeração de ciclo aberto. No entanto isso não e feito porque eles são raros, caros e em geral prejudiciais ao meio ambiente. E por isso que na maior parte do mundo e ilegal liberá-los diretamente na atmosfera Lado de alta x lado de baixa O compressor e o dispositivo de expansão trabalham juntos para criar uma zona de pressão alta e uma de baixa no mesmo sistema. No caso de um ar- condicionado, permitem que o mesmo refrigerante que evapora a 4,4ºC condense a 49ºC. Esses dois componentes marcam os pontos divisores entre o lado de alta pressão o lado de baixa: Lado de alta (R22 a 263 PSIG e 49ºC): Descarga do compressor; Linha de gás quente; Condensador; Linha de liquido; Entrada do dispositivo de expansão (capilar em geral). Lado de baixa (R22 a 69 PSIG e 4,4ºC): Saída do dispositivo de expansão; Evaporador; Linha de sucção; Entrada do compressor. Sistemas de ciclo fechado No caso de um ar condicionado, o compressor recebe o gás refrigerante numa pressão e temperatura baixa (cerca de 4,4ºC) e o comprime. A descarga do compressor esta no lado de alta do sistema. O compressor eleva a pressão ata cerca de 263 PSIG e temperatura de ate 77º C. Também no lado de alta esta localizada a tubulação que leva o gás quente do compressor ate o condensador. Esta tubulação e chamada de linha de gás quente. O condensador está localizado no lado de alta, assim como a linha de liquido que o liga ao dispositivo de expansão. O refrigerante ele no dispositivo numa temperatura e pressão altas, porem sai dele já com ambas baixas. A entrada do dispositivo de expansão esta no lado de alta enquanto sua saída fica localizada no lado de baixa. O evaporador também esta localizado no mesmo lado, bem como a linha de sucção que conecta o evaporador a entrada do compressor. A linha de sucção, ou entrada do compressor, e o último item no lado de baixa do sistema. Componentes Elétricos do Sistema de Refrigeração Termostato E um componente cuja função é a de controlar a temperatura ambiente mantendo-a o mais estável possível. Ele atua parando ou colocando em funcionamento o compressor, automaticamente. E constituído de um bulbo, um capilar e contatos elétricos, conforme vemos na foto abaixo: Seu funcionamento baseia-se no principio da dilatação dos corpos. O termostato contem em seu capilar um gás que pode ser dióxido sulfúrico, cloreto de metila, gás utilizado no sistema ou outro similar. A dilatação ou contração das moléculas do gás transmite este movimento a um fole acoplado a uma peca móvel que atua fechando ou abrindo os contatos e dessa forma ligando ou desligando o compressor. Teste do termostato O termostato pode ser testado através da verificação de continuidade com um multímetro: 1) Desligue-o do circuito; 2) Girar o botão para posição desligado; 3) Colocar a ponta de prova entre os dois terminais; 4) Verificar continuidade – não deve existir. Girando-se o botão para posição ligado, ouve-se um "click", e deve passar a dar sinal de continuidade*; 5) Com o botão na posição ligado, dirigir um jato de R22 para o bulbo. Se estiver funcionado bem não deve dar continuidade. * Para temperatura ambiente acima de 18ºC (para termostato frio) e abaixo de 26ºC (para termostato CR). Termostato descongelante E utilizado somente nos aparelhos de ciclo reverso. Trabalha normalmente fechado. Sua função e inverter o ciclo calor para o frio, quando houver um inicio de congelamento no condensador. Normalmente está fixado na lateral esquerda do condensador. Teste do termostato descongelante 1) Localizar seus terminais no painel de comando e, retirando-os, realizar a seguinte operação: 2) Com as pontas de prova do multímetro na Ohm x 1 toque os terminais. O termostato esta bom se apresentar as duas condições seguintes: Em ambiente acima de 10ºC o marcador do multímetro deve se movimentar; Em ambiente abaixo de - 4ºC o marcador do multímetro não deve acender. Obs.: Para conseguir temperatura ambiente abaixo de - 4ºC, dirija uma jato de R22 sobre o termostato. Chave seletora É um componente cuja função é selecionar o contato entre os diversos componentes elétricos. O defeito mais comum que apresentam e seus contatos ficarem permanentemente abertos ou fechados (colados). Apesar de haverem diversos tipos de chave seletora, as características de funcionamento são iguais em todas. Teste da chave seletora Deve-se seguir as etapas abaixo para testá-las: 1) Coloque a chave na posição desligada; 2) Retire todos os terminais do circuito, deixando livres os bornes da chave; 3) Colocar uma ponta de prova do multímetro num terminal da chave; 4) Com a outra ponta de prova tocar os demais terminais. Não deve haver continuidade; 5) Com o multímetro na mesma posição, encosta-se nos terminais, um de cada vez, ao mesmo tempo em que se gira o botão da chave. Deve haver continuidade. Protetor térmico (de sobrecarga) Os sistemas de refrigeração são equipados com dispositivos térmicos de segurança que protegem-no contra um excesso de corrente (alta amperagem). É ligado em série com o circuito que alimenta o compressor. Internamente são constituídos por dois tipos de metais com coeficientes de dilatação térmica diferentes. Um aquecimento sofrido por um excesso de amperagem causará uma dilatação maior em um dos metais, abrindo o circuito. Teste do Protetor térmico Seu funcionamento adequado pode ser verificado através da seguinte forma: 1) Colocar o aparelho em funcionamento; 2) Levar o termostato a posição máxima (mais frio); 3) Desligar o aparelho, ligando-o imediatamente a seguir. O protetor devera desligar o compressor; O funcionamento pode ser ainda ser verificado através de um multímetro, encostando as pontas de prova nos terminais de ligação. Deve haver continuidade. Capacitores Os capacitores são constituídos de dois condutores (armaduras) separados por um material isolante (dielétrico). Aplicando-se uma diferença de potencial elétrico entre suas placas ocorrera o armazenamento de carga elétrica. Nos ar condicionado, podem ser usados dois tipos de capacitores: um de partida (eletrolítico) e outro de marcha (a óleo) também conhecido como capacitor de fase ou permanente. Os capacitores eletrolíticos aumentam o torquede partida do compressor. Sua presença e muito importante. Na partida do compressor, a energia elétrica necessária será fornecida em parte pelo capacitor e em parte pela instalação elétrica do local, sendo dessa forma a queda de voltagem bem menor. Os capacitores eletrolíticos devem funcionar na forma vertical, com os terminais da armadura para cima. Os capacitores a óleo são projetados pra ficarem ligados ao circuito continuamente. Sua capacidade em Microfarads geralmente e pequena. Sua principal função e aumentar o fator de potencia. No ar condicionado, o enrolamento de partida, mesmo depois do sistema ter adquirido sua rotação normal, permanece funcionando, ligado ao capacitor, de forma a melhorar o fator de potencia do compressor. Tensão de Ruptura Uma tensão excessiva aplicada às placas do capacitor trará como conseqüência a ruptura do dielétrico, inutilizando sua capacidade de isolante. A tensão de ruptura e expressa em volts. Assim, podemos ver impressos nos capacitores, por exemplo, o valor 132 MFD - 120 Volts, onde 120 Volts e a tensão de ruptura do dielétrico. Teste de capacitores Deve-se ter cuidado ao manusear capacitores, pois os mesmos armazenam energia. Antes de tester, descarregue o capacitor. Consideramos os capacitores defeituosos quando apresentam: 1) Deformações; 2) Vazamento de liquido; 3) Circuito interno aberto; 4) Curto-circuito. Para detectar os defeitos 3 e 4 usamos o multímetro na escala Ohm x 100. Ligar as duas pontas de prova do instrumento nos bornes do capacitor e verificar: 1) Sempre que o marcador da escala se movimentar para o nível mais baixo da escala e voltar lentamente para o nível mais alto o capacitor esta bom; 2) Quando o marcador se movimentar para a medida mais baixa e lá permanecer, o capacitor esta em curto. Troque-o; 3) Quando o marcador não se movimentar em nenhum sentido, o capacitor esta aberto. Troque-o. Bobina da válvula reversora A bobina da válvula reversora e usada nos aparelhos de ciclo reverso. Sua função e permitir a movimentação da haste da válvula, para que esta opere no ciclo de calor. Teste da bobina Ela deve ser testada na própria válvula: 1) Aplicar nos terminais da bobina a tensão correspondente de sua tensão de trabalho. A bobina ficara energizada e a haste da válvula se movimentara, provocando um estalo - neste caso a bobina esta boa; 2) Quando a válvula estiver trancada, em vez do estalo será percebida uma vibração e a bobina não estará boa. O defeito este localizado na válvula. Relés Em geral os motores de refrigeradores são colocados em marcha por intermédio de um rele, chamado de partida. O rele e uma chave automática que tira do circuito o enrolamento auxiliar do compressor e o capacitor de partida (se houver), assim que a rotação de trabalho tenha sido atingida. Apesar da tendência atual dos fabricantes ser optar pela diminuição de componentes, visto muitas equipamentos modernos não possuírem nem rele nem capacitor de partida, e importante termos noção do funcionamento, dado o grande numero de equipamentos que ainda os utilizam. A bobina do relé é ligada ao terminal comum do compressor por uma extremidade e em série com o capacitor de partida e a fase do compressor na outra extremidade. A tensão da bobina do relé e diretamente proporcional à velocidade do motor. Quando este atinge sua velocidade normal de trabalho, a tensão na bobina terá formado um campo magnético, desligando os contatos e, conseqüentemente, o enrolamento auxiliar do compressor. Gases Refrigerantes O que é um refrigerante? É toda substância que absorve calor de outra, a ser resfriada. Essa absorção pode ser somente do calor sensível (quando apenas se altera a temperatura do refrigerante) e/ ou do calor latente quando o refrigerante muda de estado. Qualquer substância, desde que a uma temperatura inferior, pode ser considerada um refrigerante. Para ser um bom refrigerante a substância (gás) deve apresentar as seguintes propriedades: -Liquefazer-se (condensar-se) a pressões moderadas; -Evaporar-se a pressões acima da pressão atmosférica; -Ter pequeno volume específico (pequeno volume em relação ao seupeso); - Ter um elevado calor latente de vaporização; -Ser quimicamente estável (não se alterar, mesmo com repetidas mudanças de estado no ciclo); -Não ser corrosivo; -Não ser inflamável; -Não ser tóxico; -Permitir fácil localização de vazamento; -Não atacar o óleo lubrificante ou provocar qualquer efeito indesejável em outros componentes do ciclo de refrigeração; -Não atacar os deteriorar alimentos, em caso de vazamento. Não há um gás que reuna todas as propriedades desejáveis para um bom refrigerante. Assim, cada sistema de refrigeração utiliza o gás que apresenta o maior número de propriedades desejáveis, para o caso específico. Refrigerantes mais conhecidos: Amônia (R-717): apesar de tóxico e sob certas condições, inflamável e explosivo, é largamente empregado em grandes instalações, dada a sua capacidade térmica. Tem o maior efeito resfriador entre os principais refrigerantes. Corrosivo para o cobre e latão – todo equipamento de refrigeração com amônia é feito de aço. Não é miscível ao óleo e ataca os alimentos. Com água forma álcali, que tem efeitos indesejáveis sobre o cobre, latão e alumínio. Seu vazamento é facilmente localizado, usando-se espuma de sabão ou queimando-se enxofre. R 11: era muito usado como dissolvente na limpeza dos componentes de um sistema de refrigeração. Hoje tende ao desuso e é largamente substituído pelo H 141; R 12 : ainda tem largo emprego na refrigeração doméstica. Não é tóxico, nem inflamável, nem corrosivo e nem explosivo. Altamente estável. Mistura-se com óleo lubrificante. Seu efeito refrigerante é relativamente baixo, comparado com outros refrigerantes. Tende a ser substituído pelo R 134 a; R 22 : muito empregado em ar-condicionado. Requer baixo deslocamento volumétrico, o que possibilita equipamentos de tamanho reduzidos. Devido a sua tendência a altas temperaturas de descarga, sua temperatura de sucção deverá ser mantida no mínimo possível, principalmente com compressores herméticos. Os condensadores devem estar bem limpos para facilitar a circulação de ar; caso contrário sua pressão sobe rapidamente a valores prejudiciais ao compressor. Mistura-se com o óleo onde normalmente se separa no evaporador. Tem maior capacidade térmica do que o R 12, pois requer apenas 60% do deslocamento para mesma capacidade frigorífica. Também tem maior capacidade de absorver água do que o R 12, razão porque um sistema com R 22 raramente sofre problema de obstrução por congelamento da umidade. Ao mesmo tempo isso é uma desvantagem, pois a umidade residual circulará livre no sistema, oxidando as partes internas e o óleo. Identificação dos refrigerantes: Freon, Frigen, etc.., são nomes comerciais. Os gases refrigerantes são designados por números. Ex.: R 22, R 12, R 717 (amônia). Códigos de cores de cilindro: Foram criados padrões de cor para pintura dos cilindros de cada tipo de gás. Esses padrões são internacionais: R 11: laranja; R 12: branco; R 22: verde claro; H 141: azul escuro; Oxigênio: verde ou preto; Nitrogênio: cinza; Acetileno: vermelho; O R134A Os fabricantes estão continuamente desenvolvendo novos tipos de refrigerantes que reúnam o máximo possível de propriedades desejáveis. Desse desenvolvimento constante surgiu o R 134 a. Ele é um refrigerante não prejudicial ao meio-ambiente que evita a degradação da camada de ozônio. Ele é o refrigerante ideal, recomendado oficialmente como substituto do R 12, que destrói a camada de ozônio. História do R 134a: Protocolo de Montreal: em novembro de 1992 foi decidido que o limite de uso do R 22 seria em dezembro de 1996. Apenas nos países em desenvolvimento é permitido produzircerca de 10 a 15% do consumo de 1992. É o caso do Brasil. O resultado da diminuição da produção é a relativa escassez desse gás e o aumento nos custos: R 22: R$ 9,36 o kg R 12: R$ 18,40 o kg Propriedades físicas do R 134 a: Muito semelhante as Propriedades físicas do R 12; Temperatura de evaporação de -15° a 12° C; Capacidade volumétrica igual ou superior à do R 12; Estrutura molecular diferente da do R 12: pode escapar mais facilmente através de micro vazamentos; Não é inflamável nem tóxico. Trabalha com óleos sintéticos: apenas esses se misturam com o R 134 a; No entanto a combinação de ambos absorve mais água que o R 12 e óleo mineral –para evitar esse problema normalmente isa-se um filtro secador especial adaptado a estrutura molecular do R 134 a. Detalhes das instalações com R 134a: O tubo capilar, em pequenas instalações de refrigeração hermética, deve ser 10 a 15 % mais comprido do que o tubo capilar, em instalações com R 12. É aconselhável ter ferramentas e equipamentos exclusivos para o R 134 a. Elas não devem ser usadas nem ter tido contato com o R 12 e nem óleo mineral. Existem equipamentos construídos para o uso exclusivo com o R 134a. Na detecção de vazamentos pode se usar aparelhos eletrônicos ou então uma lâmpada ultravioleta. No óleo das instalações com R 134a existe um aditivo que emite uma luz fluorescente quando iluminado por uma lâmpada ultra-violeta. Detectar fugas através de chama não funciona para o R 134a. Substituição do R 12 por R 134 a numa instalação: É possível fazer essa mudança sem trocar os principais componentes como compressor, evaporador e condensador; É necessário trocar o refrigerante e o óleo bem como o dispositivo de expansão e o filtro secador: Retirar tanto quanto possível o óleo existente (cerca de 15% fica no compressor quando esvaziado normalmente); Encher o aparelho com óleo sintético aprovado pelo fabricante do compressor; Durante algum tempo a instalação funcionará com R 12. No entanto o óleo sintético deve ser mudado com regularidade até atingir um elevado grau de pureza (menos de 1%); Substituir o dispositivo de expansão e o filtro secador por outros apropriados para R 134a, com as dimensões corretas; Carregar finalmente com R 134a; Não é aconselhável substituir o R 12 pelo R 134a em instalações de refrigeração herméticas com tubo capilar. Diagnóstico de defeitos Segurança antes de tudo O mais importante para a correta solução de problemas é a segurança. Desligue a força da unidade antes de retirar os painéis de comando. Se for necessário consertar dentro da unidade, com a força ligada, mantenha uma mão livre e não use anéis ou relógios. Estando um sistema fora de operação, não pense que os componentes elétricos ou o gabinete estão eletricamente isolados. Você pode receber um choque. Cuide para respeitar todas as etiquetas de aviso do fabricante. Mantenha o local à sua volta seguro executando corretamente as operações de recolhimento, evacuação e carga de gás. Não solte-o para a atmosfera. Jamais utilize oxigênio para os testes de vazamentos. Ele pode explodir na presença de óleo. Em vez do oxigênio, utilize nitrogênio de um cilindro equipado com regulador de pressão. Tipo de problema Agrupamos os problemas em duas categorias básicas: os problemas elétricos e os problemas do ciclo de refrigeração. Isso não quer dizer que todas as falhas se insiram completamente nessas duas categorias. Às vezes, enquadra-se em ambas. Mantenha o local à sua volta seguro executando corretamente as operações de recolhimento, evacuação e carga de gás. Não solte-o para a atmosfera. Jamais utilize oxigênio para os testes de vazamentos. Ele pode explodir na presença de óleo. Em vez do oxigênio, utilize nitrogênio de um cilindro equipado com regulador de pressão. Tipo de problema Agrupamos os problemas em duas categorias básicas: os problemas elétricos e os problemas do ciclo de refrigeração. Isso não quer dizer que todas as falhas se insiram completamente nessas duas categorias. Às vezes, enquadra-se em ambas. Por exemplo, um conector frouxo ou corroído no compressor pode fazer com que o compressor ligue e desligue de maneira intermitente. Embora o problema seja elétrico, ele aparenta ser um problema do ciclo de refrigeração. Inversamente, a contaminação num sistema mal evacuado pode formar ácidos que atacam o isolamento do motor do compressor e causam um curto na bobina. Esse é um problema no lado de refrigerante que aparenta ser um problema elétrico. Diagnóstico de problemas elétricos Examinar os circuitos elétricos de um equipamento podem levar a pensar que a solução de problema elétrico é complicada. Na verdade o processo é bastante fácil quando se aplica uma abordagem lógica Antes de iniciar qualquer manutenção, é importante conhecer o processo de funcionamento do equipamento. Descubra o que deve acontecer e quando. Utilizar o esquema elétrico é fundamental. Em equipamentos com placa eletrônica (ou microprocessados) conhecer o processo de funcionamento é fundamental, pois não podemos ´ver` as funções e sequência e lógica executadas pela placa. Princípios básicos do diagnóstico de problemas elétricos Utilize um processo de eliminação; Descubra quais as funções e os componentes que estão operando, antes de procurar o que não estão operando; No caso de mais de um componente ou função estarem falhando e estiverem conectados em paralelo, procure uma das duas coisas: o Um problema na fonte de energia; o Um único componente que esteja ligado a todas as funções afetadas Exemplo: Neste exemplo, um contato controla tanto o motor do compressor como o motor do ventilador externo. Se nenhum dos dois estiver funcionando, deve-se suspeitar do contato. Se o equipamento na qual você estiver fazendo manutenção tiver uma placa eletrônica, não substitua automaticamente a placa. Verifique primeiro se ela está defeituosa. Muitas vezes o sistema interno de diagnóstico indicará uma falha. Se a placa estiver falhando, procure determinar se existe uma causa externa. Caso contrário, existe o risco de ver a falha repetir-se. Um manuseio incorreto, picos de tensão, calor excessivo, bem como poeira, pó e fiapos podem causar danos aos controles elétricos. Diagnóstico de problemas do ciclo de refrigeração Um cuidado básico ao se diagnosticar defeitos no ciclo de refrigeração é lembrar que o que primeiro parece ser o problema costuma ser apenas o sintoma de um problema ainda mais básico. Exemplo: A maior parte dos problemas relacionados com o gás refrigerante, quando deixados sem solução, resultam na falha do compressor. No exemplo ao lado um excesso de gás fez com que nem todo ele evaporasse no evaporador. Com isso o compressor bombeou refrigerante sobre a forma de líquido e causou a quebra das válvulas do compressor. O técnico que pense que o problema está no compressor, fará provavelmente a primeira de muitas trocas desnecessárias. Se a causa raiz não for determinada, o próximo compressor também está condenado a falhar. Para chegar ao problema real, é preciso usar uma abordagem lógica. Neste módulo, passaremos como fazer isso para resolver problemas do ciclo de refrigeração. Abordando um problema do ciclo de refrigeração de forma lógica Colete e observe: 1. Obtenha as informações do fabricante sobre a operação do equipamento; 2. Obtenha as informações do cliente; 3. Execute uma inspeção visual preliminar da unidade sem energia; 4.Utilize os seus sentidos para executar uma inspeção preliminar do sistema energizado; Leia e calcule os sinais vitais 5. Leia e registre os sinais vitais do sistema (O que está acontecendo?); 6. Calcule o sub-resfriamento do líquido refrigerante no dispositivo de expansão (capilar ou outro); 7. Calcule o superaquecimento do gásrefrigerante na sucção do compressor; Compare os valores atuais e padrão 8. Determine o que é padrão para o equipamento (O que deveria estar acontecendo?); 9. Compare as condições padrão com as atuais; Resolva o problema 10. Execute as análises básicas de sintomas; 11. Execute as análises recomendadas pelo fabricante; 12. Execute a análise dos componentes ou do sistema através de um processo de eliminação com as tabelas fornecidas aqui. A resolução de problemas costuma ser realizada em quatro níveis: Nível 1 : Observação física Nível 2 : Análise de sintomas básicos Nível 3 :Análise do diagnóstico de problemas do fabricante Nível 4 Análise do sistema e componentes Muitos problemas serão identificados com o simples uso dos nossos sentidos para verificar o sistema enquanto está desligado ou operando. Quando esse método não permite identificar o problema, execute a análise de sintomas básicos. A análise de problemas do fabricante, quando presente, deve ser utilizada quando a análise de sintomas básicos se mostra ineficiente. A análise do sistema e de componentes, com a ajuda das tabelas desse módulo deve ser utilizada como último recurso. Um processo passo-a-passo de eliminação identificará problemas de difícil localização graças às tabelas. No caso da inspeção física não localizar o problema, será necessário verificar os sinais básicos do sistema tais como temperaturas e pressões e comparar os mesmos com os valores padrões do fabricante. Os dois primeiros níveis – exame físico e análise de sintomas básicos – devem localizar cerca de 80% dos problemas relacionados com o ciclo de refrigeração. Caso isso não ocorra ainda existem dois níveis adicionais. A análise do diagnóstico de problemas do fabricante tem como melhor maneira para localizar um problema seguir o método prescrito pelo fabricante do equipamento sobre o qual você está consertando. Em geral isso é feito através de uma tabela de defeitos, causas e soluções. Como último nível, existe a análise de sistema e componentes. São necessárias medições adicionais das temperaturas e pressões, bem como um processo passo-a-passo de eliminação para isolar o problema. É útil registrar os dados reais do equipamento numa planilha que pode ser utilizada também para registrar os valores de operação do equipamento. Isso facilita a comparação das condições de operação com as reais apresentadas pelo equipamento. Por fim ter em mente que a ferramenta mais poderosa para a solução de problemas em equipamentos de refrigeração é um profundo conhecimento da teoria e do ciclo de refrigeração. Isso ajudará a prever como um problema que ocorre num ponto afetará outras partes do ciclo. Todo esse curso tem exatamente esse objetivos: passar esse conhecimento. Ferramentas para manuseio de tubulação Nesse modulo mostraremos como preparar tubos de cobre para conexão, flanqueá-los e soldá-los, se for caso. Para executar esta tarefa e preciso conhecer um pouco sobre metais, régua graduada, paquímetro, cortador de tubos, conexões, flangeador e alargador. Genericamente metal e definido como uma substancia que tem brilho próprio e conduz calor e corrente elétrica. Cobre e um metal muito usado na industria. E um bom condutor de eletricidade e, por ser flexível, pode ser estirado e transformado em fios. Para uso industrial, o cobre se apresenta sob a forma de vergalhão, chapa, fio e tubo. Na Colortel, na parte da refrigeracao, só nos preocuparemos com o cobre em forma de tubo. Comercialmente ele e vendido pelo diâmetro externo da parede, em polegadas e com espessura interna da parede de 1/32". As medidas que comumente são utilizadas são as seguintes: Diâmetro externo Espessura da parede kg por metro 1/4" 1/32" 0,124 5/16" 1/32" 0,158 3/8" 1/32" 0,199 1/2" 1/32" 0,263 5/8" 1/32" 0,333 3/4" 1/32" 0,403 7/8" 1/32" 0,473 Paquímetro E um instrumento de precisão usado para tomar medidas lineares, que apresentem comprimento, largura, altura e espessura de pecas. Permite a leitura de frações de milímetros e de polegadas por meio de uma escala chamada nonio ou vernier. A precisão do paquímetro varia. Em geral e de 0,05 mm, 1/128" ou 0,001". E composto de duas partes principais: corpo fixo e corpo móvel. O corpo móvel, onde fica a escala de nonio e chamado de cursor (figura 1). A leitura do paquímetro em décimo de milímetro e feita na escala nonio, que tem comprimento total de 9 mm e esta dividida em 10 partes iguais: 9 mm: 10 = 0,09 mm. Cada divisão de nonio e 0,1 mm menor do que cada divisão da escala em milímetros. Depois, contar os traços de nonio ate encontrar um que coincida com um traço da escala de milímetros, para obter os décimos de milímetro. Cortador de tubos E uma ferramenta feita de alumínio e aço, que permite cortar tubos para a realização das operações de substituição dos componentes do ciclo de refrigeração ou emenda de tubos. Alguns dispõem de roldanas e laminas de corte com diâmetro maior. Outros têm rebarbador para limpar a extremidade interna do tubo quando o corte e feito. Conexões São pecas utilizadas para unir dois ou mais tubos. Existem vários modelos, fabricados de acordo com o trabalho a ser executado. Flangeador E a ferramenta usada para dar forma à extremidade do tubo. O flangeamento permite vedação completa quando se unem tubulações, válvulas e registros. E composto de base ou estampo e de um grampo que contem um parafuso em seu corpo. Na extremidade do parafuso encontra uma ponta conica giratória que, ao ser encaixada no tubo, permite o giro do parafuso sem que haja atrito na parte a ser flanqueada. O bom flangeamento depende das condições do tubo e do flangeador. Por isso e necessario que os dois estejam em bom estado. Alargador E a ferramenta usada para alargar a extremidade do tubo de maneira a permitir colocar um dentro de outro que tenha o mesmo diâmetro, através da parte alargada. Existem três tipos: de impacto, de expansão e de repuxo. O alargador de impacto e o mais comum e possui outro modelo, chamado de alargador de apêndice, são para inserir o capilar no tubo de sucção. O alargador de expansão é o mais pratico e perfeito, porem o menos comum. E constituído de mandril, que deve ser encaixado no tubo a ser expandido, e de uma alavanca. O alargador de repuxo só e usado em casos especiais, pois depende de uma maquina de furar, de coluna. Corte de tubos Para cortar tubos o primeiro passo e posicionar o tubo no cortador. Depois gire o parafuso do cortador ate que o disco de corte encoste levemente no tubo. Gire o cortador em volta do tubo apertando gradativamente a cada volta. O cortador deve ser girado levemente em volta do tubo, a fim de obter um corte perfeito. Evite pressão exagerada, pois ela pode provocar pressões exageradas no tubo. Com o auxilio do rebarbador, tire as rebarbas do tubo, com cuidado para não se ferir. Não aprofunde muito o rebarbador. À parte da rebarba deve ser voltada para baixo, para que os resíduos não deslizem para o interior do tubo. Expansão de tubos com flangeador Prenda o tubo na base do flangeador, no buraco correspondente à medida do tubo. Se for necessario faca uso do paquímento para medi-lo corretamente. Prenda no lado da base que possui furos escareados, isso e chanfrados. O tubo deve ser preso de modo que a parte a flangear não fique muito saliente em relação à superfície. Somente a pratica indicara qual altura da parte do tubo que ficara saliente para que uma boa vedação seja alcançada. A foto a seguir e um bom exemplo para tubos de 3/8 ““. Em seguida coloque o grampo do flangeador na base, de modo a ficar na posição vertical. Rosqueio o parafuso do grampo de modo que a parte cônica comprima completamente a extremidade do tubo. Se o flange ficar irregular, corte a parte flangeadado tubo, retire as rebarbas e faca novamente o flange. Uso do alargador Para alargar tubos com o alargador de impacto, o primeiro passo e fixar o tubo na base do flangeador. Em seguida posicione o alargador na extremidade do tubo. Alargue o tubo, batendo no alargador com o martelo. A cada martelada, gire o alargador para evitar que fique preso no tubo e também para não deformar o tubo. O alargamento esta pronto quando a extremidade do tubo encostar no escalonamento do alargador. Compressores O compressor atua como o coração do sistema de refrigeração, criando o fluxo do refrigerante ao longo dos componentes do sistema. No processo, recebe vapor refrigerante em baixas temperatura e pressão e eleva o vapor até uma pressão e temperatura maior. Junto com o capilar (ou outro dispositivo de expansão), o resultado é que no evaporador a pressão e temperatura do refrigerante são reduzidas, permitindo assim que ele absorva calor. Já no condensador elas são aumentadas, permitindo que ele ceda calor para o meio ambiente. Existem cinco tipos de compressores, cujos nomes vêm da ação de suas partes mecânicas: 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; rotativo : tem um rotor excêntrico que gira dentro de um cilindro scroll : tem duas partes separadas de forma espiral. Uma permanece fixa enquanto a outra fira contra ela; parafuso : tem dois rotores em forma de parafuso, um macho e outro fêmea. Interagem a medida que giram, assim como um parafuso girando numa rosca; centrífugo : tem um propulsor de alta velocidade, com muitas pás, que gira num alojamento de forma especial. O tipo de compressor utilizado em um sistema depende da capacidade e do seu uso. Os compressores alternativos e rotativos são mais comuns em sistemas de até 30.000 BTUS. A partir daí, começa a ser usado o scroll, comum em splits acima de 24.000 BTUS. Na Colortel vamos nos aprofundar nesses três compressores acima mas não deixando de falar um pouco sobre o parafuso e o centrífugo. A tabela abaixo descreve as principais características de cada tipo de compressor: Caracterís ticas ROTATIVO SCROLL ALTERNATI VO PARAFUS O CENTRÍF UGO Faixa de tamanho Menor (5 toneladas) 5 a 10 toneladas Tonelagem fracional até150 TRs 100-750 TRS Maiores (100a 10 000 + TRS. Tipos Vane deslizante e tipos êmbolo rotativo, só carcaça soldada " compliant" e não-" compliant" , só carcaça soldada herméticos abertos, semi- herméticos e herméticos de carcaça soldada rotor rotativo, aberto e hermétic o Simples e multi- estágios, aberto e hermétic o Deslocame nto positivo positivo positivo positivo não positivo Controle de capacidade típico velocidade variável e liga- desliga velocidade variável e liga-desliga velocidade variável, liga- desliga, descarrega dores de cilindro velocidad e variável e válvula deslizant e de admissão velocidad e variável e vane guia de admissão http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigeracao7.htm#Compressor rotativo http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigeracao7.htm#Compressor scroll http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigeracao7.htm#Compressor alternativo http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigeracao7.htm#Compressor alternativo http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigeracao7.htm#Compressor parafuso http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigeracao7.htm#Compressor parafuso http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigeracao7.htm#Compressor centrÃfugo http://www.portaldoeletrodomestico.com.br/curso_refrigeracao7.htm#Compressor centrÃfugo Válvulas de sucção? NÃO NÃO SIM NÃO NÃO Válvulas de descarga? SIM NÃO SIM NÃO NÃO Aplicação usual refrigerado res e outras aplicações, condiciona dores de ar de sala, e pequenos sistemas centrais pequenos sistemas centrais para refrigeraçã o, condiciona mento de ar, e ciclo reverso refrigeraçã o e ar condiciona do, ciclo reverso, e transportes refrigeraç ão, ar condicion ado, e ciclo reverso refrigeraç ão, ar condicion ado, e ciclo reverso Independente do tipo e da aparência, que são as mais variadas possíveis, o papel é sempre o mesmo em qualquer equipamento de refrigeração: elevar temperatura e pressão do gás refrigerante. O compressor é o único grande componente de um sistema de refrigeração que manifesta de imediato falhas. Os outros componentes podem começar a operar incorretamente ou até falhar mas, na maioria das vezes, o resultado do problema é visto primeiro no compressor. A maioria dos problemas num sistema de refrigeração, quando deixados sem solução por um longo período de tempo, resultam na falha do compressor. Se o técnico pensar que a causa da falha está no próprio compressor, ele fará muitas trocas desnecessárias. 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. Esse 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 tem o motor e o compressor dentro da mesma carcaça e são chamados de herméticos. Outros, tem o motor independente do compressor e, neste caso, são chamados de abertos. Uma coisa importante a frisar é que no caso dos abertos o motor pode ser elétrico ou por motor de explosão interna (gasolina, diesel). Esse último caso ocorre muito nos sistemas de refrigeração para transporte de cargas perecíveis por caminhão e contêiner. Hermético Semi-hermético ou aberto 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 - nesse caso deve-se respeitar rigorosamente a especificação do fabricante sobre risco de causar sérios danos ao compressor. O esfriamento desse compressor é feito pelo que refrigerante que entra pela linha de sucção. O calor de sucção passa para o refrigerante e é dissipado no condensador junto com o que foi retirado do ambiente condicionado. 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. Válvula (palheta) de sucção Válvula (palheta) de descarga Mola de fixação na carcaça Bobina elétrica e terminal de conexão aos bornes Compressores rotativos Nos compressores rotativos, os gases são comprimidos por elementos giratórios. Outras das particularidades destes tipos de compressores são por exemplo as menores perdas mecânicas por atrito, pois dispensam um maior número de peças móveis, a menor contaminação de ar com óleo lubrificante, a ausência de reações variáveis sobre as fundações que provocam vibrações, o fato de a compressão ser feita de um modo continuo e não intermitente, como sucede nos alternativos e a ausência de válvulas de admissão e de descarga que diminui as perdas melhorando o rendimento volumétrico. Outro aspecto muito importante, para os diferentes tipos, prende-se com a economia de energia, com os rendimentos volumétrico, associados a fugas, e mecânico, associado a movimentos relativos entre as peças que constituem a máquina, e com a manutenção dos mesmos. Compressor Sroll Os compressores Scroll têm uma vantagem inerente de 5 a 10% de rendimentoacima do rendimento dos compressores rotativos a pistão. Isto se manifesta por uma redução das fugas de gás e das perdas de fluxo, sendo que um compressor Scroll em geral quase não apresenta fuga de gás quando comparado com uma máquina rotativa. Além disso, para um compressor rotativo estas folgas aumentarão com o tempo, a medida que seus componentes se desgastam. Os compressores Scroll mantém sua capacidade de vedação durante o funcionamento normal, já que as partes emparelhadas se desgastam juntas em seu encaixe, isto é, há o acoplamento entre elas com o uso. Para os Scroll de ar condicionado, as perdas de fluído também se reduzem. Outro efeito da válvula de descarga é a diminuição da recompressão do gás, o que produz uma menor troca de calor entre o gás da descarga e da sucção, ajudando a criar uma curva plana da eficiência volumétrica. Os compressores Scroll funcionam geralmente melhor em aplicações de refrigeração que alguns compressores semi-herméticos. Para algumas aplicações com baixas temperaturas de evaporação (-25C), é recomendado verificar a eficiência volumétrica e comparar a mesma com os compressores Semi-Herméticos da Copeland modelo Discus. A injeção de vapor pode usar-se para melhorar o compressor Scroll e o rendimento do sistema, ao proporcionar ao líquido maior sub-resfriamento. Esta melhora pode igualar a elevada eficiência dos compressores semi- herméticos nas mesmas condições de operação. A mais baixas temperatura de condensação, as vantagens inerentes das baixas fugas de gás e perdas de fluído permitem ao Scroll um desempenho melhor até do que um semi-hermético de alta eficiência. Para as aplicações de ar condicionado, os compressores Scroll oferecem outras importantes vantagens, ao reduzir os níveis de ruído e vibração. Com a ausência das válvulas dinâmicas e com um processo de fluxo quase contínuo, há uma contribuição mínima das pulsações do gás ao ruído do compressor. Nos compressores rotativos, grandes pulsações do gás ocorrem contra a carcaça, o qual proporciona ruído adicional. Nos compressores Scroll, a maior contribuição de ruídos é o contato mecânico entre os elementos. De uma maneira geral um compressor Scroll é em média cerca de 3 a 8 dBA mais silencioso do que um compressor semi-hermético do mesmo tamanho. A vibração associada a um compressor Scroll é geralmente baixa. O processo do fluxo contínuo baixa significativamente a vibração de torção experimentada pelo compressor. Combinando esta vibração de baixa torção com o uso de contrapesos dinamicamente balanceados que compensam a rotação interna dos elementos, pode-se alcançar níveis de vibração estáveis de menos de 50 microns. Considerações da aplicação Tal como se estabeleceu previamente, os compressores Scroll são muito utilizados em ar condicionado e refrigeração. Embora não é a intenção deste documento considerar todas as possíveis aplicações, há certos pontos importantes a considerar quando se desenha um sistema. Como proteção da temperatura, geralmente se recomenda usar um termostato na linha de descarga que pare o compressor antes que a temperatura de descarga ultrapasse certos limites. Alguns modelos de compressores trazem um dispositivo interno de controle de temperatura de descarga como padrão. Os compressores Scroll são fabricados com proteção interna do motor ou com módulo de proteção de controle externo. Os módulos de controle externos normalmente atuam com base na variação da resistência de uma cadeia de termistores localizada no motor, a qual pode estar em série ou em paralelo. Os compressores Scroll também podem ter aplicação em uma variedade de unidades de múltiplos compressores, como os tandem (2 compressores em paralelo) e os sistemas paralelos. Uma consideração importante quando se usa o Scroll nestes tipos de aplicações é o sistema de lubrificação. Os desenhos típicos em tandem incluem tubos de equalização de óleo para manter os níveis do óleo apropriados. Para as aplicações dos sistemas paralelos, se usam geralmente dispositivos eletrônicos de controle do nível de óleo. Em ambos os casos, certas considerações de desenho do sistema, como o tamanho do separador de óleo, recipientes de óleo, válvulas de corte do fluxo de óleo de retorno quando o compressor não está operando podem proporcionar proteção extra e vida adicional aos compressores instalados. Uma consideração adicional no desenho de sistemas é o uso de filtros para eliminar impurezas e umidade que não deveriam, mas podem estar presentes e, assim, consequentemente, melhorar a vida dos compressores. Futuro do scroll e dos refrigerantes alternativos Baseando-se no êxito do compressor Scroll na última década, o futuro deste tipo de compressor em toda a sua faixa de capacidade é promissor. O rendimento do Scroll e seu baixo nível de ruído tem demonstrado que é superior a outras tecnologias em ar condicionado e, por apresentar melhoras de eficiência adicionais, também em refrigeração. O Scroll é comparável ou mesmo superior aos compressores semi-herméticos de alta eficiência. Estes compressores oferecem várias opções na modulação da capacidade e em esquemas mais eficientes de injeção de vapor, que podem aumentar sua eficiência e do sistema. Isto é cada vez mais importante para cumprir com os requerimentos futuros de conservação de energia. Além disso, os compressores Scroll já estão preparados para o uso de novos refrigerantes, como o R-410A. Inclusive, foi verificado que alguns novos fluidos apresentam maior eficiência isoentrópica e são mais silenciosos. Estes compressores desenhados para os novos blends mostram ser tão confiáveis como os atuais compressores. Compressor parafuso Se cortassemos um compressor parafuso, veríamos dois rotores (´parafusos`). Um com uma rosca macho e outro com fêmea. É exatamente essa diferença que lhe permite comprimir o gás refrigerante enquanto as dos dois parafusos se tocam. Isso pode ser visto na ilustração da direita. O motor do compressor aciona o rotor macho o qual, por sua vez, aciona o fêmea. Alguns compressores utilizam um sistema injetor de óleo para selar a folga entre as roscas e a parede do compressor. Os eixos do motor e de acionamento costumam operar na horizontal. Daí a forma característica, vista na imagem da esquerda. Sua utilização é comercial e industrial. Em geral a capacidade varia entre 20 a 750 TRs. Compressor centrífugo Nos compressor centrífugo, o rotor ou propulsor gira em alta velocidade (3.000 a 20.000 RPM) dentro da carcaça. O refrigerante é alimentado dentro da carcaça, no centro do propulsor. O propulsor força o vapor contra a sua parte externa, através da força centrífuga, fazendo-o mover-se a alta velocidade. A seguir o gás, em alta velocidade, desacelera e expande. Esse é chamado um estágio de compressão. O gás, com a pressão aumentada entra na sucção de um outro propulsor, passando por todo o processo novamente e saindo com maior pressão ainda. A cada vez que esse processo se repete chama-se de estágio de compressão. Os modelos voltados para a refrigeração industrial podem chegar a contar com 4 estágios de compressão enquanto os voltados para uso comercial em geral contam com apenas um ou dois estágios. Em geral os eixos de transmissão e do motor estão dispostos na horizontal dando a forma característica desses compressores, que pode ser vista na foto abaixo. São compressores que operam com algum barulho devido a alta rotação. São bastante comuns em equipamentos entre 100 a 10.000 TRs Óleos de lubrificação A função básica dos óleos lubrificantes em compressores é diminuir o atrito entre as partes móveis e as fixas, evitando o desgaste prematuro das peças e um aquecimento excessivo. A lubrificação permanecerá satisfatória por um longo período desde que a temperatura de operação, pressão e ausências de substânciascontaminantes esteja assegurada. É importante lembrar que o óleo se mistura ao gás refrigerante, circulando pelos componentes do ciclo de refrigeração. Um bom projeto de aparelho deve permitir o retorno da mesma quantidade de óleo para o compressor da que está saindo. Essa característica é tão típica que uma forma comum de detectar onde está um vazamento no sistema é identificar onde existe óleo nele. Os óleos lubrificantes para refrigeração tem características especiais, discutidas abaixo: Viscosidade: ela diminui com a elevação da temperatura. O óleo deve ter uma característica que permite a ele, quando submetido a altas temperaturas, que não afine demais sem formar uma camada protetora. Já quando submetido a baixas temperaturas, ele não deve ficar pastoso; Miscibilidade : a viscosidade do lubrificante diminui a medida em que aumenta sua solubilidade com o gás refrigerante. A completa miscibidade permite ao lubrificante fluir através do sistema junto ao gás, garantindo bom retorno ao compressor. Resíduo de carbono: os óleos são passíveis de decomposição através de calor. Portanto, ao se especificar um óleo deve-se ter em conta as temperaturas normais de trabalho do compressor para evitar a carbonização do óleo, principalmente na placa de válvulas. Do contrário, os resíduos de carbono favorecerão a formação de borra que pode provocar obstrução no sistema além da deficiência na lubrificação ocasionada pela decomposição. Floculação: a cera contida nos lubrificantes possui á tendência a precipitar-se quando submetida a baixas temperaturas (floculaçâo). Os flocos de cera podem depositar-se no elemento de controle de fluxo, obstruindo a passagem do refrigerante, ou depositar-se no evaporador, diminuindo a transferência de calor. Portanto, os lubrificantes não devem apresentar floculaçâo em temperaturas encontradas normalmente no sistema de refrigeração. Umidade: o óleo para refrigeração deve possuir teor de umidade inferior ou igual ao especificado pelo fabricante, a fim de evitar formação de sedimentos, ácidos ou mesmo congelamento da umidade no interior do sistema. Nota: Estas características e outras (ponto de fluidez, resistência dielétrica, ponto de fulgor, ponto de combustão, cor, resistência à oxidação, separação de fase) podem ser checadas em testes específicos de laboratório.