apostila controles automáticos maio_09

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CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO Refrigera Refrigera ç ç ão ão e e Ar Condicionado Ar Condicionado “Controles Automáticos Aplicados à Refrigeração” Prof. Faria Maio/09

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Apostila sobre controles automáticos para sistemas de ar condicionado e refrigeração.

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Page 1: Apostila Controles Automáticos Maio_09

CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO

RefrigeraRefrigeraççãoãoee

Ar CondicionadoAr Condicionado

“Controles Automáticos Aplicados à Refrigeração”

Prof. FariaMaio/09

Page 2: Apostila Controles Automáticos Maio_09

I. Fundamentos.......................................................................................... (2)1. Introdução.............................................................................................. (2)

2. Vantagens................................................................................................ (2)

3. Definições................................................................................................ (2)3.1. Sistema de Controle com Realimentação................................................. (2)3.2. Sistema de Controle sem Realimentação................................................ (3)3.3. Variável Controlada................................................................................. (3)3.4. Variável Manipulada.............................................................................. . (3)3.5. Meio Controlado...................................................................................... (3)3.6. Agente de Controle.................................................................................. (3)3.7. Elementos que Constituem a Malha de Controle..................................... (3)

4. Características Comuns dos Controles Automáticos........................ (4)4.1. Oscilações ou Ciclagem.......................................................................... (4)4.2. “Set-Point”.............................................................................................. (4)4.3. Ponto de Controle................................................................................... (4)4.4. Erro ou Desvio....................................................................................... (4)4.5. Tempo Morto......................................................................................... (4)4.6. Diferencial.............................................................................................. (5)4.7. Diferencial de Operação......................................................................... (5)4.8. Controle de Mínimo e Máximo.............................................................. (5)4.9. “Range”................................................................................................. (6)4.10. “Reset”.................................................................................................. (6)

5. Tipos de Ação dos Controles Automáticos........................................ (6)5.1. “ON-OFF”.............................................................................................. (7)5.2. Proporcional (P)..................................................................................... (7)5.3. Proporcional e Integral (PI).................................................................... (8) 5.4. Proporcional, Integral e Derivativo (PID)............................................. (9)

6. Sistemas de Controles Automáticos................................................... (11)6.1. Auto-suficiente...................................................................................... (11)6.2. Elétrico................................................................................................... (12)6.3. Pneumático............................................................................................ (12)6.4. Hidráulico............................................................................................. (13)6.5. Eletrônico............................................................................................... (13)6.6. Eletrônico-Pneumático........................................................................... (13)

SumSumááriorio

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II. Elementos de Medição............................................................................. (15)1. Elementos Sensíveis à Temperatura...................................................... (15)1.1. Bimetálico................................................................................................... (15)1.2. Haste e Tubo.............................................................................................. (15)1.3. Fole........................................................................................................... (15)1.4. Bulbo Remoto........................................................................................... (16)1.5. Resistência................................................................................................ (16)1.6. Termistor.................................................................................................. (16)1.7. Termopar.................................................................................................. (16)

2. Elementos Sensíveis à Umidade............................................................. (17)2.1. Cabelos ou Outros Materiais Orgânicos.................................................... (17)2.2. Materiais Sintéticos.................................................................................. (17)2.3. Resistência................................................................................................ (17)

3. Elementos Sensíveis à Pressão............................................................... (18)3.1. Tubo de Bourdon...................................................................................... (18)3.2. Fole........................................................................................................... (18)3.3. Diafragma................................................................................................. (18)3.4. Tubo de Pitot........................................................................................... (18)

III. Controles Automáticos Típicos Usados em Refrigeração................. (19)1. Termostatos............................................................................................ (19)1.1. Tipos de Contatos Elétricos......................................................................(19)1.2. Tipos de Carga dos Bulbos e Formatos....................................................(20)1.3. Zona Neutra..............................................................................................(20)1.4. Termostatos para Uso na Refrigeração Doméstica...................................(21)1.5. Termostatos para Uso na Refrigeração Comercial e Industrial................(21)

2. Pressostatos............................................................................................ (30)2.1. Pressostatos de Baixa Pressão...................................................................(30)2.2. Pressostatos de Alta Pressão.....................................................................(32)2.3. Pressostatos de Alta e Baixa Pressão........................................................(33)2.4. Pressostatos de Óleo.................................................................................(36)

3. Umidostatos............................................................................................ (39)

4. Fluxostatos............................................................................................. (40)

5. Controladores de Nível de Líquido...................................................... (41)5.1. Chaves de Nível Magnéticas....................................................................(41)5.2. Controladores de Nível Termostáticos.................................................... (43)5.3. Bóias de Baixa e Alta Pressão..................................................................(45)5.4. Hastes Capacitivas................................................................................... (46)

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6. Válvulas de Expansão..............................................................................(47)6.1. Automáticas ou Pressostáticas...................................................................(47)6.2. Termostáticas de Equalização Interna...................................................... (49)6.3. Termostáticas de Equalização Externa......................................................(50)6.4. Tipos de Cargas ....................................................................................... (50)6.5. Selecionamento ........................................................................................ (51)6.6. Instalação ................................................................................................. (53)6.7. Eletrônicas ............................................................................................... (54)6.8. Regulagem Manual................................................................................... (56)6.9. Pilotadas.................................................................................................... (58)

7. Válvulas Moduladoras de Pressão e Temperatura..............................(59)7.1 Reguladoras da Pressão de Evaporação.....................................................(61)7.2. Reguladoras da Pressão de Condensação................................................. (68)7.3. Reguladoras de Capacidade..................................................................... (72)7.4. Reguladoras da Pressão de Sucção dos Compressores............................ (76) 7.5. Reguladoras da Temperatura do Meio..................................................... (81)7.6. Reguladoras da Pressão Diferencial de Bombas de Amônia................... (83)

8. Válvulas Solenóides............................................................................... (84)8.1. De Ação Direta........................................................................................ (84)8.2. Servo-Operadas....................................................................................... (86)8.3. Pilotadas.................................................................................................. (87)8.4. Acionadas por Gás Quente...................................................................... (87)

IV. Comandos Elétricos.............................................................................. (90)1. Introdução.............................................................................................. (90)

2. Componentes Principais....................................................................... (90)2.1. Fusíveis................................................................................................... (90)2.2. Relés Térmicos........................................................................................ (90)2.3. Contatores Magnéticos............................................................................ (90)

3. Esquema de Partida de Motores e Outras Cargas à Distância..........(91)3.1. Circuito de Força e Comando.................................................................. (91) 3.2. Intertravamentos...................................................................................... (91)

4. Esquemas Elétricos Usuais em Refrigeração...................................... (94) 4.1. Circuito de comando de um Compressor de Refrigeração Indl.............. (94)4.2. Circuito de Comando de uma Central de Água Gelada.......................... (95) 4.3. Circuito de Comando de um Chiller....................................................... (96)4.4. Circuito de Comando de uma Central de Ar Condicionado................... (97)

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Controles Automáticos Aplicados à Refrigeração

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CURSO DE CONTROLES AUTOMÁTICOS APLICADOS À REFRIGERAÇÃO Objetivo: Preparar o aluno, através do estudo dos fundamentos, princípios, tipos e aplicações, no desenvolvimento das habilidades necessárias para se interpretar, criticar e projetar sistemas de controles automáticos, assim como definir o uso dos diversos componentes empregados nos sistemas de refrigeração. Estratégia: Aulas com a utilização de data-show, quadro-negro, fotos, catálogos técnicos e software específico para seleção de componentes de refrigeração. Aproveitamento: A ≥ 7,0 A = √ P x T sendo: P = prova T = dois trabalhos, sendo um de refrigeração comercial e outro de refrigeração industrial Bibliografia:

1. Manual de Refrigeração – autor: Dossat 2. Refrigeração Industrial – autor: Stoecker / Jabardo 3. Manuais e catálogos da Danfoss 4. Manual de Refrigeração e Ar Condicionado – autor: Elonka / Minick 5. Handbook of Refrigeration – Stoecker W.F. 6. ASHRAE – American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers

– Handbook of Refrigeration, 1998 7. IIF-IIR – International Institute of Refrigeration – Cold Store Guide, 1993 8. IIAR – International Institute of Ammonia Refrigeration – Bulletin N° 109 – Guidelines

for IIAR Minimum Safety Criteria for a Safe Ammonia Refrigeration System. 9. ANSI / IIAR Standard 2–1999 – Equipment, Design and Instalation of Ammonia

Mechanical Refrigerating Systems – 1999 10. Sites de Refrigeração:

• www.iiar.org • www.iifiir.org • www.ashrae.org • www.ior.org

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Controles Automáticos Aplicados à Refrigeração

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I. Fundamentos: 1. Introdução:

Um sistema de controles automáticos é formado pelo conjunto de dispositivos que tem por finalidade, controlar ou limitar o valor de uma condição variável, seja ela pressão, temperatura, umidade ou vazão, podendo estar presente num processo que opera com substâncias sólidas, líquidas ou gasosas. 2. Vantagens: O sistema de controle automático traz as seguintes vantagens em relação à operação manual:

Uniformidade de resultados

Possibilitar a operação de processos complexos com excelente precisão

Reduzir os custos operacionais 3. Definições: 3.1. Sistema de Controle com Realimentação: Um sistema de controle que atua na forma de malha fechada e que a ação do último elemento da malha é sentida pelo primeiro elemento de forma a corrigir sua atuação para uma nova sequencia, é denominado de sistema com realimentação (feedback). Veja no exemplo abaixo que o bulbo remoto do termostato (elemento sensível) sente as alterações na temperatura da água quente e faz com que o termostato ligue e desligue a válvula solenóide de vapor (válvula de controle de fluxo):

TERMOSTÁTOT

MEIO CONTROLADO

ÁGUA QUENTE P/ PROCESSO

VAZÃO DE VAPOR VARIÁVEL

VAPOR

ÁGUACONDENSADO

ÁGUA FRIA

VÁL. SOLEN.

Figura - 1

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Controles Automáticos Aplicados à Refrigeração

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3.2. Sistema de Controle sem Realimentação: Em algumas situações não se necessita ter uma resposta final da variável do processo para se controlar uma parte do sistema.

Veja o exemplo ao lado: um condicionamento de ar de verão, que se pode aproveitar uma parcela maior de ar externo, ao invés do ar de retorno, quando a temperatura do ar exterior é de 15º C e se consegue reduzir a potência consumida pelo sistema de refrigeração do condicionador de ar.

3.3. Variável Controlada “VC”: É a grandeza ou condição que é medida ou controlada, como por exemplo, a temperatura, umidade, pressão, nível de líquido, vazão, e etc. No esquema 1, é a temperatura da água quente. 3.4. Variável Manipulada “VM”: É a grandeza ou condição que é variada pelo controle automático de maneira a alterar a variável controlada, como por exemplo, a vazão de vapor, a vazão de água, o fluxo de energia elétrica, e etc. No esquema 1, é a vazão de vapor. 3.5. Meio Controlado: É a energia do processo ou o fluido no qual a variável é medida e controlada, como exemplo, a água, ar, amônia, e etc No esquema 1, é a água. . 3.6. Agente de Controle: É a energia do processo ou o fluido que serve como meio para o controle automático manter as condições desejadas da variável controlada e do qual, a variável manipulada é uma condição ou característica, como exemplo o vapor, a água, a energia elétrica, e etc. No esquema 1, é o vapor. 3.7. Elementos que Constituem a Malha de Controle:

ELEMENTO DE

CONTROLE

SINAL

PROCESSO

ELEMENTO SENSÍVEL

ELEMENTO FINAL DE

CONTROLE

DESVIO

AÇÃO CORRETIVA

CORREÇÃO

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Controles Automáticos Aplicados à Refrigeração

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• Elemento Sensível: Mede o desvio que sofre a variável controlada na saída do processo e transmite um sinal ao elemento de controle.

• Elemento de Controle: Recebe o sinal do elemento sensível, compara o valor medido com o valor ajustado no controle e aplica uma ação corretiva.

• Elemento Final de Controle: Recebe a ação corretiva do elemento de controle e a transforma numa correção, que consiste em modificar o valor da variável manipulada na entrada do processo, produzindo um efeito que corrige ou limita o valor da variável controlada.

4. Características Comuns aos Controles Automáticos: 4.1. Oscilação ou Ciclagem: É a mudança periódica que se verifica na variável controlada dentro de uma faixa de valores, resultante do sistema de controle operar pelo método de tentativas. 4.2. Ponto de Ajuste (SET-POINT): É ponto onde se quer manter a variável controlada.. 4.3. Ponto de Controle: É o valor da variável controlada realmente mantido pelo sistema de controle automático. 4.4. Erro ou Desvio: É a diferença entre o valor instantâneo da variável controlada “PV” (present value) e o seu valor correspondente ao ponto de ajuste “SP”. 4.5. Tempo Morto: É o atraso entre duas ações do sistema de controle automático devido à inércia, tanto do controle

automático como do processo e equipamentos auxiliares. Veja no esquema ao lado, em que se tem uma serpentina de vapor aquecendo o ar. Perceba que mesmo quando a válvula de vapor é fechada, quando a temperatura do ar alcança 30º C, se observa uma elevação desta temperatura até valores como 31 ou 32º C, porque o vapor que já estava dentro da serpentina continua influenciando na troca de calor.

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Controles Automáticos Aplicados à Refrigeração

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4.6. Diferencial: É a diferença do valor da variável controlada entre um ponto no qual, o controle opera em um sentido (por ex.: liga) e um ponto no qual opera em sentido contrário (por ex.: desliga). Veja exemplo no desenho abaixo. 4.7. Diferencial de Operação: É o diferencial realmente encontrado num processo sob controle. Ele surge devido à inércia do processo e produz um retardamento no efeito da ação do controle. Veja exemplo no desenho abaixo. 4.8. Controle de Mínimo e Máximo: Num sistema de controle que se deseje que o valor da variável controlada nunca ultrapasse de um valor mínimo, se ajusta o “SET-POINT” para este valor, o qual é o ponto de liga. O diferencial trabalha acima do “SP”. Veja o exemplo abaixo.

Controle de Mínimo Outra situação acontece quando se necessita que o valor da variável controlada nunca ultrapasse de um valor máximo. Neste caso o “SP” é ajustado neste ponto e o diferencial trabalha a partir do “SP” para baixo.

Controle de Máximo

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4.9. Faixa de Atuação “Range”: É a faixa total de trabalho permitida pelo controlador. Exemplo: se tivéssemos um termostato de “range” 0 a 30º C, poderíamos ajustar o “SP” em qualquer valor dentro desta escala. 4.10. Rearme “Reset”: É uma característica do aparelho que reflete como ele reage quando se atinge o ponto de desliga e se prepara para o início de um novo ciclo. Existem dois tipos de “reset”, o manual e o automático. No primeiro caso o aparelho dispõe de uma chavinha que deve ser acessada manualmente para destravar o controlador para permitir o religamento do mesmo e do sistema. É particularmente indicado quando o “PV” atinge valores limites que podem causar situações de perigo ou danos em equipamentos. Respectivamente, são os casos típicos do pressostato de alta pressão e pressostato de óleo de um compressor frigorífico. Já o rearme automático é ideal para situações de controle apenas. 5. Tipos de Ação dos Controles Automáticos: Dependendo da complexidade do processo e da acuidade necessária do valor da variável controlada, pode-se optar por alguns tipos de ação dos controles, que vão desde uma forma grosseira de controle (ON-OFF), aonde se admite uma oscilação constante da “VC”, independente do meio controlado ter ou não alterações de massa e/ou energia, até o caso em que, mesmo com estas mudanças, a “VC” se estabilize ou se limite a flutuações mínimas tão próximas ao “SP”, que sejam perfeitamente aceitáveis pelo processo. A técnica de controle PID consiste em calcular um valor de atuação sobre o processo a partir das informações do valor desejado “SP” e do valor atual da variável do processo “PV”. Este valor de atuação sobre o processo é transformado em um sinal adequado ao atuador utilizado (válvula, motor, relé, etc), e deve garantir um controle estável e preciso.

De uma maneira bem simples, o PID é a composição de 3 ações, conforme resume o quadro a seguir:

P CORREÇÃO PROPORCIONAL AO ERRO A correção a ser aplicada ao processo deve crescer na proporção que cresce o erro entre o valor real e o desejado.

I CORREÇÃO PROPORCIONAL AO PRODUTO ERRO x TEMPO

Erros pequenos, mas que existem há muito tempo, requerem correção mais intensa.

D CORREÇÃO PROPORCIONAL À TAXA DE VARIAÇÃO DO ERRO

Se o erro está variando muito rápido, esta taxa de variação deve ser reduzida para evitar oscilações.

Um pouco de matemática: A equação mais usual do PID é apresentada a seguir:

Onde Kp, Ki e Kd são os ganhos das parcelas P, I e D, e definem a intensidade de cada ação.

Equipamentos PID de diferentes fabricantes implementam esta equação de diferentes maneiras. É usual a adoção do conceito de “Banda Proporcional” em substituição a Kp, “Tempo derivativo” em substituição a Kd e “Taxa Integral” ou “Reset” em substituição a Ki, ficando a equação da seguinte forma:

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Controles Automáticos Aplicados à Refrigeração

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5.1. Liga – Desliga “ON-OFF”: É a forma mais simples de controle, no qual se define um “set-point” (SP) e um diferencial (D), agindo de maneira que, por exemplo, o controle ligue no “SP” e desligue quando o PV alcance o valor de SP (+/-) D. É o caso típico do termostato de um condicionador de janela. Note que neste caso haverá uma flutuação constante da VC, a qual poderá desviar cada vez mais, quanto maior for a intensidade de mudança do meio controlado.

5.2. Proporcional (P): No controle Proporcional, o valor de VM é proporcional ao valor do desvio (SP-PV, para ação reversa de controle), ou seja, para desvio zero (SP=PV), VM=0; à medida que o desvio cresce, VM aumenta até o máximo de 100%. O valor de desvio que provoca VM=100% define a Banda Proporcional (Pb). Com Pb alta, a saída VM só irá assumir um valor alto para corrigir o processo se o desvio for alto. Com Pb baixa, a saída VM assume valores altos de correção para o processo mesmo para pequenos desvios. Em resumo, quanto menor o valor de Pb, mais forte é a ação proporcional de controle. A figura a seguir ilustra o efeito da variação de Pb no controle de um processo.

Figura 2 – Efeito da redução de PB no comportamento de PV

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Em (2.A), com a banda proporcional grande, o processo estabiliza, porém muito abaixo do “set-point”. Com a diminuição da banda proporcional (2.B), a estabilização ocorre mais próximo do “set-point”, mas uma redução excessiva da banda proporcional (2.C) pode levar o processo à instabilidade (oscilação). O ajuste da banda proporcional faz parte do processo chamado de Sintonia do Controle. Quando a condição desejada (PV=SP) é atingida, o termo proporcional resulta em VM=0, ou seja, nenhuma energia é entregue ao processo, o que faz com que volte a surgir desvio. Por causa disto, um controle proporcional puro nunca consegue estabilizar com PV=SP Muitos controladores que operam apenas no modo Proporcional adicionam um valor constante à saída de VM para garantir que na condição PV=SP alguma energia seja entregue ao sistema, tipicamente 50%. Este valor constante é denominado Bias (polarização), e quando ajustável, permite que se obtenha uma estabilização de PV mais próxima a SP. 5.3. Proporcional e Integral (PI): O integral não é isoladamente uma técnica de controle, pois não pode ser empregado separado de uma ação proporcional. A ação integral consiste em uma resposta na saída do controlador (VM) que é proporcional à amplitude e duração do desvio. A ação integral tem o efeito de eliminar o desvio característico de um controle puramente proporcional. Para compreender melhor, imagine um processo estabilizado com controle P, conforme apresentado na figura 3.A.

Figura 3 – Efeito da inclusão do controle Integral - PI

Em 3.A, PV e VM atingem uma condição de equilíbrio em que a quantidade de energia entregue ao sistema (VM), é a necessária para manter PV no valor em que ela está. O processo irá permanecer estável nesta condição se nenhuma perturbação ocorrer. Apesar de estável, o processo não atingiu o “set-point”, existindo o chamado Erro em Regime Permanente. Agora observe a figura 3.B, onde no instante assinalado, foi incluída a ação integral. Observe a gradual elevação do valor de VM e a conseqüente eliminação do erro em regime permanente Com a inclusão da ação integral, o valor de VM é alterado progressivamente no sentido de eliminar o erro de PV, até que PV e VM alcancem um novo equilíbrio, mas agora com PV=SP. A ação integral funciona da seguinte maneira: a intervalos regulares, a ação integral corrige o valor de VM, somando a esta o valor do desvio SP-PV. Este intervalo de atuação se chama

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Tempo Integral, que pode também ser expresso por seu inverso, chamado Taxa Integral (Ir). O aumento da Taxa Integral (Ir) aumenta a atuação do Integral no controle do processo. A ação integral tem como único objetivo eliminar o erro em regime permanente, e a adoção de um termo integral excessivamente atuante pode levar o processo à instabilidade. A adoção de um integral pouco atuante retarda em demasia a estabilização PV=SV. 5.4. Proporcional, Integral e Derivativo (PID): O derivativo não é isoladamente uma técnica de controle, pois não pode ser empregado separado de uma ação proporcional. A ação derivativa consiste em uma resposta na saída do controlador (VM) que é proporcional à velocidade de variação do desvio. A ação derivativa tem o efeito de reduzir a velocidade das variações de PV, evitando que se eleve ou reduza muito rapidamente. O derivativo só atua quando há variação no erro. Se o processo está estável, seu efeito é nulo. Durante perturbações ou na partida do processo, quando o erro está variando, o derivativo sempre atua no sentido de atenuar as variações. Assim, sua principal função é melhorar o desempenho do processo durante os transitórios.

A figura 4 compara respostas hipotéticas de um processo com controle P (A) e PD (B):

Figura 4 – Comparação de um controle P com um controle PD

No controle P (figura 4.A), se a banda proporcional é pequena, é bem provável que ocorra “overshoot”’, onde PV ultrapassa SP antes de estabilizar. Isto ocorre pelo longo tempo em que VM esteve no seu valor máximo e por ter sua redução iniciada já muito próximo de SP, quando já é tarde para impedir o “overshoot”. Uma solução seria aumentar a banda proporcional, mas isto aumentaria o erro em regime permanente. Outra solução é incluir o controle derivativo (figura 4.B), que reduz o valor de VM se PV está crescendo muito rápido. Ao antecipar a variação de PV, a ação derivativa reduz ou elimina o “overshoot” e as oscilações no período transitório do processo. Matematicamente, a contribuição do derivativo no controle é calculada da seguinte maneira: A intervalos regulares o controlador calcula a variação do desvio do processo, somando à VM o valor desta variação. Se PV está aumentando, o desvio está reduzindo, resultando em uma variação negativa, que reduz o valor de VM e conseqüentemente retarda a elevação de PV. A intensidade da ação derivativa é ajustada variando-se o intervalo de cálculo da diferença, sendo este parâmetro chamado Tempo Derivativo “Td”. O aumento do valor de “Td” aumenta a ação derivativa, reduzindo a velocidade de variação de PV.

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Ao unir as 3 técnicas conseguimos unir o controle básico do P com a eliminação do erro permanente do I e com a redução de oscilações do D, mas se cria a dificuldade de ajustar a intensidade da cada um dos termos, processo chamado de sintonia do PID.

Resumindo o Significado do P, I e D:

No P, cria-se uma banda abaixo do SP. O controlador age de modo que abaixo do limite inferior da banda o VM adotado é de 100% e acima do limite superior o VM é zero, enquanto que dentro desta faixa, o VM modula proporcionalmente ao desvio.

No I, a largura da banda é mantida constante, mas a banda é movida mais para baixo, quando o erro permanente se situa acima do SP, ou é movida para cima, quando o erro situa mais abaixo do SP.

No D, a largura da banda é alterada. O controlador ao perceber uma rápida variação do PV nos períodos de partida do processo ou de uma súbita oscilação, dilata ou contrai a banda. Ao dilatar a banda a mudança de VM fica mais lenta, enquanto que uma contração da banda imprimi uma variação mais intensa de VM.

Sintonia do Controle PID:

A bibliografia de controle apresenta diversas técnicas para sintonia, tanto operando o processo em manual (malha aberta) quanto em automático (malha fechada). Foge ao objetivo deste capítulo apresentar estas técnicas. A grande maioria dos controladores PID industriais incorporam recursos de “Auto-Tune”, em que o controlador aplica um ensaio ao processo e obtém o conjunto otimizado de parâmetros do PID (Pb, Ir e Td). Para a maior parte dos processos, este cálculo é adequado, mas em muitos casos é necessária a correção manual para atingir um desempenho de controle mais satisfatório (menos “overshoot”, estabilização mais rápida, etc.). Para efetuar manualmente esta correção, é fundamental a compreensão dos princípios de funcionamento aqui expostos. A seguir são apresentadas diretrizes para otimização manual do desempenho de um controlador PID. Corrigindo Manualmente o PID: Em muitos casos é necessário ajuste da sintonia após a conclusão do “Auto-Tune”. Este ajuste é manual e deve ser feito por tentativa e erro, aplicando uma alteração nos parâmetros PID e verificando o desempenho do processo, até que o desempenho desejado seja obtido. Para isto é necessário conhecimento do efeito de cada parâmetro do PID sobre o desempenho do controle, além de experiência em diferentes processos. As definições de um bom desempenho de controle são também bastante variadas, e muitas vezes o usuário espera de seu sistema uma resposta que ele não tem capacidade de atingir, independente do controlador utilizado. É comum o operador reclamar que a temperatura do forno demora muito a subir, mas o controlador está com VM sempre a 100%, ou seja, não tem mais o que fazer para acelerar. Também às vezes o operador quer velocidade, mas não quer “overshoot”, o que muitas vezes é conflitante. Na avaliação do desempenho do controlador, é importante analisar o comportamento da PV e VM, e verificar se o controlador está atuando sobre VM nos momentos adequados. Coloque-se no lugar do controlador e imagine o que você faria com a VM, e compare com a ação tomada

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pelo controlador. À medida que se adquire experiência, este tipo de julgamento passa a ser bastante eficiente. A tabela 1 a seguir resume o efeito de cada um dos parâmetros sobre o desempenho do processo: Parâmetro Ao aumentar, o processo ... Ao diminuir, o processo ...

Pb

Torna-se mais lento. Geralmente se torna mais estável ou menos oscilante. Tem menos “overshoot”

Torna-se mais rápido Fica mais instável ou mais oscilante Tem mais “overshoot”

Ir Torna-se mais rápido, atingindo rapidamente o “setpoint” Fica mais instável ou mais oscilante Tem mais “overshoot”

Torna-se mais lento, demorando para atingir o “setpoint” Fica mais estável. Tem menos “overshoot”.

Td Torna-se mais lento. Tem menos “overshoot”

Tem mais “overshoot”

Tabela 1 – O efeito de cada parâmetro PID sobre o processo

A tabela 2 a seguir apresenta sugestões de alteração nos parâmetros PID baseadas no comportamento do processo, visando sua melhoria:

Se o desempenho do processo ... Tente uma a uma as opções: Está quase bom, mas o “overshoot” está um pouco alto Aumentar Pb em 20%

Diminuir Ir em 20% Aumentar Dt em 50%

Está quase bom, mas não tem “overshoot” e demora para atingir o “setpoint”

Diminuir Pb em 20% Aumentar Ir em 20% Diminuir Dt em 50%

Está bom, mas VM está sempre variando entre 0% e 100% ou está variando demais.

Diminuir Dt em 50% Aumentar Pb em 20%

Está ruim. Após a partida, o transitório dura vários períodos de oscilação, que reduz muito lentamente ou não reduz.

Aumentar Pb em 50% Está ruim. Após a partida avança lentamente em direção ao “setpoint”, sem “overshoot”. Ainda está longe do “setpoint” e VM já é menor que 100%

Diminuir Pb em 50% Aumentar Ir em 50% Diminuir Dt em 70%

Tabela 2 – Como melhorar o desempenho do processo

6. Sistemas de Controles Automáticos: Dependendo da energia utilizada para transmitir sinais no sistema de controle automático, podemos dividi-los nos seguintes grupos: 6.1. Auto-suficiente: Neste caso se utiliza a própria força do processo através do elemento sensível para movimentar seus componentes. Além disso, combina o elemento de controle com o elemento final de controle numa mesma unidade. O elemento sensível retira essa energia do processo e a envia para o elemento final de controle sem amplificação por qualquer fonte externa de energia. Um exemplo típico de controle auto-suficiente é a válvula de expansão termostática.

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6.2. Elétrico: Neste caso se utiliza a energia elétrica como fonte de energia, a qual é fornecida ao elemento final de controle diretamente ou através de um relé. Um exemplo seria o sistema de controle constituído por um termostato (elemento de controle) comandando uma válvula solenóide (válvula “ON-OFF” de acionamento elétrico, que é o elemento final de controle). 6.3. Pneumático: Utiliza ar comprimido como fonte de energia, o qual é enviado ao elemento de controle, que regula a pressão do ar aplicado ao elemento final de controle. A pressão usualmente empregada é de 15 a 25 psig.

R TERMOSTATO

VÁLV. SOLENÓIDE

VÁLV. EXPANSÃO TERMOST. SENSOR AMBIENTE

100 psig 20 psig

ELEMENTO SENSÍVEL

ELEMENTO DE CONTROLE

ELEMENTO FINAL DE CONTROLE

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6.4. Hidráulico: Utiliza líquido sob pressão como fonte de energia, pressão esta, normalmente bem maior que a aplicada nos sistemas pneumáticos. Nos outros aspectos os dois sistemas são similares. A pressão é obtida através do emprego de bombas ao invés dos compressores. Os sistemas hidráulicos são usados principalmente em aplicações que se exige grande força para operar o elemento final de controle. 6.5. Eletrônico: Também utiliza a energia elétrica como fonte de energia, mas se utiliza de uma amplificador eletrônico para intensificar as pequenas variações de voltagem provenientes do elemento sensível, a fim de poderem ser aplicada com valores adequados à operação elétrica do elemento final de controle.

AMPLIFICADOR

G

v

Rs

R1

R2 R3

6.6. Eletrônico - Pneumático: Utiliza ar comprimido para operar o elemento final de controle, convertendo a saída do amplificador eletrônico em uma mudança conveniente de pressão de ar, através de um transdutor eletrônico – pneumático. Vide a seguir um exemplo de uma válvula operada com um piloto pneumático:

ELEMENTO SENSÍVEL

CIRCUITO DE PONTES

ELEMENTO REGULADOR

AJUSTES

AMPLIFICADOR ELEMENTO FINAL

DE CONTROLE

ELEMENTO SENSÍVEL

Rs x R3 = R1 x R2

PONTE DE WHEATSTONE

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A válvula mostrada acima trabalha na sucção de um trocador inundado de amônia do tipo superfície raspada (trata-se de um casco duplo concêntrico em que amônia à -15º C passa pelo lado entre os cascos e a maionese, sendo resfriada, circula por dentro do casco interno, cuja superfície é raspada continuamente por facas giratórias). A temperatura da maionese necessita ser controlada com precisão para que ao mesmo tempo atinja o ponto desejado sem cristalizar, processo prévio ao congelamento, que aumenta a viscosidade do produto e pode queimar o motor que movimenta as facas.

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II. Elementos de Medição: 1. Elememtos Sensíveis à Temperatura: 1.1. Bimetal: É formado pela solda de duas lâminas de dois tipos de metais de diferentes coeficientes de dilatação térmica, que se movimentam mecanicamente quando submetidas a uma variação de temperatura. A lâmina cujo coeficiente é maior enverga a de menor coeficiente de dilatação, conforme se vê a seguir:

Exemplos de materiais empregados: latão e cobre como metais de elevado coeficiente de dilatação térmica e a liga Ni – Fe como metal de baixo coeficiente de dilatação. O bimetal pode ser usado em controles tanto para grandes variações de temperatura como para pequenas. Entretanto, para medição de temperatura, não é preciso se comparado aos termômetros. 1.2. Haste e Tubo:

Princípio semelhante ao anterior. Vide esquema:

1.3. Fole: Formado por um material bastante maleável, é preenchido com um líquido, vapor ou gás. Estes fluidos variam os seus volumes e pressões com as variações de temperatura, fazendo o fole expandir-se ou contrair-se.

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1.4. Bulbo Remoto: Para sentir a temperatura em locais distantes, o fole ou o diafragma são equipados com um bulbo e um tubo capilar, como ilustra a figura. Neste caso, o bulbo é cheio com um líquido ou um gás e as variações de pressão são transmitidas através do tubo capilar. 1.5. Resistência: É inteiramente elétrico e baseia-se no fato de que um metal tem sua resistência aumentada quando se aumenta a sua temperatura. Um fio metálico (em espiral e protegido) é colocado no ponto onde a temperatura deve ser medida. Esse elemento resistivo pode ser conectado a uma ponte de Wheatstone. O resistor variável é ajustado até o medidor não indicar corrente, ponto em que o resistor variável Rv tem a mesma resistência do elemento do termômetro. Como se conhece a resistência do elemento do fio para todas as temperaturas, o circuito pode ser equipado com um ponteiro e uma escala direta de temperatura. 1.6. Termistor: São resistores cuja resistência varia com a temperatura, existindo dois tipos: NTC – termistor com coeficiente de temperatura negativo: a resistência diminui com o aumento da temperatura. PTC – termistor com coeficiente de temperatura positivo: a resistência aumenta com o aumento da temperatura. (obs. característica verdadeira dentro de um intervalo de temperatura). O PTC varia bem mais a resistência com a variação da temperatura em relação ao NTC. São fabricado com óxido semi-condutores e soluções sólidas de óxidos de ferro, de níquel, cobalto, titanato de zinco e bicromato de magnésio. 1.7. Termopar: Baseia-se no Efeito Seebeck” ou efeito termo-elétrico, que mostra que quando dois condutores A e B são unidos firmemente, e no condutor A é intercalado um galvanômetro G, se a temperatura nas duas junções for igual, o galvanômetro não indica tensão alguma. Entretanto, quando há um desbalanceamento de temperatura entre as duas junções, surge uma força eletro-motriz (f.e.m.) que faz circular uma corrente pelo circuito que é percebida pela variação na leitura no galvanômetro. Os materiais mais empregados na construção de termopares são o Fe – constantan (liga de Al, Cu, Ni, ...), sendo o ferro o material que gera o potencial positivo e o constantan o potencial negativo.

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2. Elememtos Sensíveis à Umidade: 2.1. Cabelo e outros Materiais Orgânicos: Possuem a propriedade de se contrair ou dilatar conforme a umidade diminui ou aumenta, respectivamente. Além do cabelo, são usados a madeira, papel, membrana animal, etc. 2.2. Materiais Sintéticos: Possuem a mesma propriedade de se contrair ou dilatar conforme a variação da umidade. 2.3. Resistência: Trata-se de uma placa de material isolante elétrico, na qual são fixadas lâminas finas de material condutor à distância suficiente para não se tocarem, como mostra a figura a seguir.

Ao se medir a resistência entre os fios A e B, têm-se a leitura ∞ (infinito). Entretanto, ao se pintar a placa com uma tinta que tem em seus componentes um sal higroscópico, se inicia a condução elétrica na mesma proporção que a umidade cresce, já que o sal absorve a umidade do ar, aumentando a condutividade da placa. A pequena variação desta resistência é então aplicada numa Ponte de Wheatstone com amplificador para aumentar a intensidade do sinal.

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3. Elememtos Sensíveis à Pressão: 3.1. Tubo de Bourdon:

Tipo mais comum de indicador de pressão (manômetro) em instalações e laboratórios. O elemento essencial de um manômetro de Bourdon é um tubo metálico em forma de espiral. Uma extremidade é fechada e a outra é conectada no recipiente cuja pressão se quer medir. Com o acréscimo de pressão o tubo tende a ficar reto, o que provoca o movimento de uma agulha sobre um dial adequadamente graduado.

3.2. Fole: Visto anteriormente. 3.3. Diafragma: Visto anteriormente. 3.4. Tubo de Pitot: Trata-se de um instrumento que deve ser inserido no duto de ar para medir a velocidade do ar. É construído por dois tubos concêntricos contendo duas aberturas, uma frontal ao fluxo de ar e a outra transversal ao fluxo. A pressão total de um fluido é a soma das pressões dinâmica (relativa à velocidade) e a pressão estática (relativa à pressão presente quando o fluido está em repouso). Pt = Pd + Pe Pd = Pt – Pe = V² · γ → V = √ 2 g · Pd / γ sendo, V – velocidade [m/seg]

2 g γ – peso específico do ar [kgf/m³]

Para as CNTP → Vmáx = 4,041 √ Pd Pd – pressão dinâm. [mmca] Caso se queira saber a velocidade média no duto, basta aplicar a equação aplicada nas situações usuais de regime turbulento: Vmédia = 49 · Vmáx 60 Engatando-se mangueiras adequadamente ao aparelho e a uma régua calibrada, pode-se medir diretamente a pressão dinâmica em mmca (milímetros de coluna d’água).

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III. Controles Automáticos Típicos usados em Refrigeração: 1. Termostatos:

São controladores de temperatura que podem ter os seguintes elementos de acionamento básicos (fole, diafragma ou tubo de Bourdon). Embora o controle seja exercido a partir de uma temperatura variável, a força de atuação é a resultante da pressão criada no elemento sensor por um fluido com características bem definidas de pressão e temperatura. Existe também o termostato bimetálico, que funciona como já descrito anteriormente no item II.1.1. Os termostatos com bulbo remoto ligado ao controle por um tubo capilar são indicados quando o termostato deve ser montado a alguma distância da substância controlada (fora da câmara frigorificada). Normalmente o comprimento deste capilar varia entre 2 e 3 metros. No esquema acima se pode ver um termostato com

acionamento por fole, o qual se dilata quando o fluido dentro do bulbo, submetido a uma temperatura mais alta, se expande. Contra a ação do fole há a força da mola que é ajustada pelo parafuso no valor do “set-point” desejado. Neste ponto a alavanca é impulsionada até que haja o contato elétrico. 1.1. Tipos de Contatos Elétricos: Com relação ao sistema de contatos elétricos disponíveis, seguindo a terminologia norte-americana, temos: SPST: (”single pole-single throw”) indica contato simples unipolar. Este dispositivo de controle possui um único conjunto de contatos, que é aberto ou fechado em resposta às variações de temperatura ou pressão (nota: estes termos são usados também para pressostatos). SPDT: (”single pole-double throw”) indica contato unipolar reversível. Este dispositivo possui um conjunto de contatos com um único contato móvel movendo-se entre dois contatos fixos, estabelecendo contato, ora com um, ora com o outro, ou seja, quando um está aberto o outro está fechado. DPST: (”double pole-single throw”) indica contato bipolar simples. Este dispositivo possui dois conjuntos de contatos simples, podendo comandar dois circuitos separados ou os dois fios de um mesmo circuito.

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DPDT: (”double pole-double throw”) indica contato bipolar reversível. Este dispositivo é dotado de dois conjuntos de contatos reversíveis, podendo controlar dois circuitos. 1.2. Tipos de Carga dos Bulbos e Formatos: Com relação ao tipo da carga usada nos bulbos e sua aplicação, temos as seguintes variações: - de carga limitada ou de vapor: Empregada para baixas temperaturas, quando o bulbo está sempre a uma temperatura inferior ao fole. Neste caso o bulbo é preenchido com vapor saturado e uma pequena parte de líquido. A pressão fica limitada no bulbo, porque o incremento da pressão de evaporação quando todo líquido já evaporou é mínima. - de carga de alta temperatura ou parcial: Empregada quando o bulbo está sempre a uma temperatura mais alta que o fole. Neste tipo, embora o fole esteja cheio de líquido, resta algum líquido no bulbo para que este funcione como sensor de temperatura. Desta forma, o bulbo se constitui sempre no ponto de controle. - de adsorção: Empregada quando o bulbo está a uma temperatura mais alta ou mais baixa que o fole. A carga consiste parcialmente de um gás superaquecido e parcialmente de um sólido tendo uma ampla superfície de adsorção. O sólido é concentrado no bulbo e, portanto, é o elemento de controle de temperatura. Com relação ao formato do sensor / bulbo, temos as seguintes opções:

1.3. Zona Neutra: Completando a linha de termostatos, existe um tipo específico de aparelho que traz mais uma função de ajuste, a zona neutra. Este tipo de termostato é particularmente usado em sistemas que não se deseje que a variável manipulada seja alterada instantaneamente a cada mudança da variável controlada, a exemplo de aplicações com válvulas motorizadas, controles de capacidade, etc. Desta forma, utilizando-se de uma variante do sistema de contato SPDT, temos que a chave

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energiza um circuito se a temperatura sobe, e outro se a temperatura desce, mas permanece inativa se a temperatura oscilar dentro da faixa de zona neutra (descontando-se o diferencial). Vide a seguir um gráfico de representação do funcionamento de um termostato com zona neutra:

1.4. Termostatos para Uso na Refrigeração Doméstica: Existem vários tipos de termostatos, os mais sim- ples são eletromecânicos de um único contato pa- ra ligar ou desligar o compressor e são usados em geladeiras, bebedouros, condicionadores de ar de janela, freezers e etc. No caso de freezers, existem termostatos mais so- fisticados que incorporam a função de degelo. 1.5. Termostatos para Uso na Refrigeração Comercial e Industrial: Os termostatos usados tanto em aplicações comerciais como industriais são parecidos quanto a sua operação, diferenciando-se mais quanto ao grau de proteção e robustez dos aparelhos e também nas diversas funções que incorporam. Podem controlar além do compressor, as válvulas solenóides, ventiladores, proteger um líquido que está sendo resfriado de congelamento e a operação de degelo. São encontrados no mercado modelos digitais com “display” ou eletromecânicos. Vejamos a seguir alguns modelos normalmente utilizados de um fabricante mundial:

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Na próxima página apresentamos alguns modelos digitais de múltiplas funções:

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Mecânico x Eletrônico

Termostato RT versus EKC 201/301

• Eletrônico• Display da temperatura da câmara

e de degelo• Ajuste preciso da temperatura• Sensores Pt-1000 ou PTC• Multiplas funcões• Substitui termostatos e ”timers”• Simples para estabelecer

comunicação bus mais tarde

Exemplos de aplicações de termostatos usados em refrigeração: Termostato de Segurança: Usado em resfriadores de líquido (chillers) para proteção contra congelamento:

KP 73 – código: 060L1138 Range: -25 a +15º C Diferencial: 3,5º C (fixo) Rearme manual na mínima temperatura

Exemplo de utilização num chiller para água com temperatura de saída de 6º C → Ajustes: Desliga = 4º C Liga = 4º + 3,5º (dif.) = 7,5º C Nota: a regulagem do termostato deve ser entre 3º a 5º C acima do ponto de congelamento.

Esquema Elétrico Ilustrativo de Ligação do KP 73:

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Termostato Duplo de Óleo e Gás : Usado em compressores frigoríficos para protegê-los contra sobreaquecimento do óleo e do gás na descarga. Possui dois bulbos que vão montados um preso à linha de descarga e o outro inserido no cárter do compressor: KP 98 – código 060L1131

Range: OIL (60 a 90º C); HT (100 a 180º C) Diferencial: OIL (14º C - fixo); HT (25º C – fixo) Rearme manual para o óleo e para o gás.

Ajustes recomendados para o compressor Sabroe, usando: - R22: OIL (80º C); HT (120º C) - R717: OIL (80º C); HT (150º C)

Esquema Elétrico Ilustrativo de Ligação do KP 98:

Termostato para Torre de Resfriamento: Destinado ao controle da pressão de condensação de forma indireta, ligando e desligando o ventilador da torre. Veja esquema ao lado: KP 75 – código 060L1137

Range: 0 a 35º C Diferencial: 2,5º a 10º C Rearme automático Bulbo de 2 metros

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Esquema Elétrico Ilustrativo de Ligação do KP 75:

2. Pressostatos: São controladores de pressão que ligam ou desligam um circuito, dependendo do tipo do pressostato, a um determinado nível de pressão ajustado. Como os termostatos, podem ter os seguintes elementos de acionamento básicos (fole, diafragma ou tubo de Bourdon). Os pressostatos podem ser usados como segurança (quando vão proteger um determinado equipamento de uma pressão muito alta, por ex.) ou de controle (quando por ex. são empregados para o acionamento das válvulas solenóides do controle de capacidade de compressores que possuem este sistema). A leitura da pressão nos pressostatos está na escala efetiva, ou seja, é a mesma que se lê nos manômetros. Na escolha dos pressostatos, deve-se dar especial atenção ao tipo de fluido que os internos do pressostato terão contato, pois se for amônia, o mesmo não poderá ser de ligas de cobre, sendo permitido apenas o aço inoxidável. Existem inúmeras aplicações na indústria para os pressostatos, mas na refrigeração os principais tipos são o pressostato de baixa pressão, o pressostato de alta pressão, o pressostato de alta e baixa pressão e o pressostato de óleo. 2.1. Pressostato de Baixa Pressão: Conforme mostra o esquema, o fole ao se contrair numa situação de pressão baixa abre o contato “4” desligando um motor, por ex. e ligando no contato “2” uma lâmpada, sinalizando o acionamento do pressostato.

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São utilizados para proteção contra baixa pressão na sucção de compressores; para o comando de partida / parada de compressores e ventiladores de condensadores, como pressostatos de água e para o controle de capacidade de compressores de refrigeração. Normalmente se usa o “reset” automático para que o equipamento volte a funcionar sozinho assim que se estabeleça as condições normais de trabalho.

No desenho acima podemos ver um compressor de 8 cilindros, distribuídos 2 a 2 em 4 cabeçotes. O compressor possui controle de capacidade automático, sendo comandado por um sistema hidráulico composto por 3 válvulas solenóides e 2 pressostatos de baixa modelo KP 1A. De acordo às canalizações de óleo, nota-se que os cilindros do cabeçote 4 tem acionamento direto, independente das válvulas solenóides, enquanto que os demais dependem das aberturas das válvulas 1, 2 e 3. Agora, analisando-se as ligações elétricas, conclui-se que as válvulas 1 e 2 estão ligadas em paralelo em um único pressostato “A” e a válvula 3 no pressostato “B”. Deste entendimento podem-se tirar as seguintes conclusões: o compressor possuindo 4 pares de cilindros poderia operar nas etapas de capacidade 25%-50%-75%-100%, sendo que os primeiros 25% são independentes e são acionados assim que o compressor atinge seu regime de rotação, quando a pressão de óleo se torna suficientemente alta para movimentar o mecanismo de ativação dos cilindros. Por outro lado, devido à ligação elétrica, as capacidades possíveis passam a ser apenas em três estágios: 25%-50%-100% ou 25%-75%-100%. Então, reflita o que se deve fazer para podermos optar por uma sequencia ou outra, já que as duas formas são possíveis?

Esquema Elétrico Ilustrativo de Ligação do KP 1 e KP 1A:

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2.2. Pressostato de Alta Pressão: Conforme mostra o esquema, o fole ao se dilatar numa situação de pressão alta abre o contato “2” desligando um motor, por ex. e ligando no contato “4” uma lâmpada, sinalizando o acionamento do pressostato.

É particularmente indispensável para segurança dos compressores frigoríficos contra altos níveis de pressão na descarga / condensador, desarmando o compressor antes de alcançar pressões perigosas. Normalmente é utilizado o “reset” manual, de forma a forçar o técnico a buscar as causas da elevação da pressão e corrigi-las antes de liberar o compressor para voltar a rodar.

Esquema Elétrico Ilustrativo de Ligação do KP 1 e KP 1A:

Veja a seguir um exemplo de utilização do pressostato de alta pressão RT 5A para controle dos estágios de capacidade de um condensador evaporativo:

Esta solução de ajuste mantém a pressão de condensação em um nível suficientemente alto, mesmo com a temperatura ambiente baixa. Quando a pressão na entrada do CD cair abaixo do valor ajustado nos RT 5A, estes desligarão em

sequência cada um dos ventiladores, a fim de diminuir a capacidade de condensação.

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2.3. Pressostato de Alta e Baixa Pressão: Trata-se de um pressostato que incorpora na mesma caixa as funções do pressostato de baixa e as do pressostato de alta pressão. Normalmente é usado em compressores, por se tornar mais compacto, sendo o mais comum aquele modelo que tem as características de “reset” manual na alta e automático na baixa, e diferencial fixo na alta e ajustável na baixa.

Esquema Elétrico Ilustrativo de Ligação do KP 15 e KP 15A:

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Veja a seguir o catálogo técnico destes pressostatos:

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Exemplos de selecionamento: 1) Definir o modelo de um pressostato para controle de uma câmara frigorífica de verduras, que

trabalha com os seguintes parâmetros: Refrigerante: R22 Temperatura da câmara: + 8º C Temperatura de evaporação: + 3º C (4,5 bar ef.)

O pressostato irá acionar um compressor quando a pressão subir e irá interrompê-lo quando a pressão cair.

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Desta forma vamos admitir que a temperatura de evaporação possa oscilar entre 3º C e -2ºC, ou seja, um diferencial de 5º C. Nestas condições a temperatura na câmara ficaria entre 3º e 8º C. Portanto: Ponto de liga: ...............4,5 bar ef. (+3º C) Ponto de desliga:...........3,7 bar ef. (-2º C) Diferencial: 4,5 – 3,7 = 0,8 bar Para tanto, selecionamos: Pressostato KP 1, código 060-1101, “range”: -0,2 a 7,5 bar ef. e diferencial: 0,7 a 4 bar.

2) Selecionar um pressostato para proteção de um compressor contra altas pressões de descarga, sabendo-se que a temperatura de condensação é 40º C e que o compressor também possui uma válvula de segurança ajustada a 18 bar ef. Solução: O ponto de desliga do pressostato deve ser ajustado para um nível de pressão 2 bar abaixo ao ajuste da válvula de segurança, ou seja, em16 bar ef. A pressão de trabalho normal do condensador é de 14,3 bar ef. (+40º C) Portanto: Ponto de desliga: ...............16 bar ef. Ponto de liga:.....................13 bar ef. Diferencial: 16 – 13 =...... 3 bar Para tanto, selecionamos: Pressostato KP 5, código 060-1173, “range”: 10 a 32 bar ef. e diferencial: 3 bar (fixo).

2.4. Pressostato de Óleo: Utilizado nos compressores frigoríficos para proteção contra falta ou insuficiência de lubrificação de óleo. Trata-se de um pressostato diferencial que possui dois foles, um ligado à pressão do óleo e o outro ao cárter do compressor, o qual mede a pressão de sucção. Assim, como o óleo trabalha dentro de uma atmosfera cuja pressão é a da sucção, o que o pressostato controla realmente é a pressão efetiva de óleo.

Além disso, ele é caracterizado por retardar a ação de abrir o contato quando a pressão de óleo cai para evitar desligamentos inapropriados, por exemplo, quando da partida do compressor em que a pressão ainda está baixa pelo fato do compressor não ter atingido sua rotação nominal e/ou ainda por causa da presença de líquido refrigerante dissolvido no óleo, que faz com que o óleo perca sua viscosidade momentaneamente. Este retardo é feito através de dois componentes, uma resistência elétrica e um bimetálico. Quando a pressão de óleo cai, primeiro se energiza a resistência, que ao aquecer o bimetálico faz os contatos se abrirem. O tempo de retardo pode variar entre 45 e 120 segundos, dependendo do aparelho escolhido.

Sempre que o pressostato desarma é necessário acionar o “reset” manual para rearmá-lo. Isto visa o técnico pesquisar as causas da baixa pressão de óleo. Da mesma forma que os demais pressostatos, existem os modelos específicos para trabalhar com amônia, cujos foles são em inox.

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Esquema Elétrico Ilustrativo de Ligação do MP 55 e MP 55A:

Veja a seguir o catálogo técnico destes pressostatos:

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Esquema de Montagem dos diversos Pressostatos e Termostatos num Compressor:

3. Umidostatos:

São instrumentos destinados ao controle da umidade relativa do ar de ambientes como salas climatizadas, adegas, laboratórios, CPDs, estufas de cultivo, antecâmaras, câmaras de atmosfera controlada, etc. Os modelos mais simples possuem apenas um contato seco e um potenciômetro de regulagem da umidade desejada, que normalmente varia entre 30 e 90%, podendo ser aplicados tanto em sistemas de desumidificação como umidificação. Os tipos mais sofisticados são digitais com display e podem além de medir e controlar a umidade, também ter as mesmas funções com a temperatura. Vejamos algumas fotos de aparelhos disponíveis no mercado:

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4. Fluxostatos: Os fluxostatos ou chaves de fluxo, como também são conhecidos, são instrumentos destinados à proteção dos sistemas de refrigeração e ar condicionado, quando há falta ou insuficiência de fluxo de ar (em dutos) ou em tubulações de líquidos, como a água (em linhas de condensação, água gelada, linhas de arrefecimento de cabeçotes de compressores frigoríficos, etc). Além disso, ajudam a detectar problemas como: rompimento de correias, engripamento de bombas ou mancais, quebra de rotores de bombas e pás de ventiladores. Seu funcionamento é feito através de um micro-interruptor (micro-switch) que é acionado por uma ou mais palhetas que são montadas dentro de um duto ou tubo. Na situação de passagem do fluxo normal de fluido, a palheta é forçada na direção do fluxo. Com sua movimentação, há o fechamento do contato do micro. Entretanto, quando o fluxo cessa ou diminui bastante, a força do fluido não consegue manter a palheta acionada e pela ação de uma mola, a palheta retorna à sua posição original, que abre o contato do micro. O sistema de contato é o SPDT, que permite a indicação de presença de fluxo ou a falta dele e ainda, sinalizar esta ocorrência através de uma lâmpada piloto. Veja a seguir a parte de um catalogo técnico de um fabricante de fluxostato:

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5. Controladores de Nível de Líqudo: São utilizados em instalações frigoríficas industriais, normalmente aquelas que usam a amônia como fluido refrigerante, aonde se tem vários vasos contendo amônia líquida, como os resfriadores intermediários e os separadores de líquido. Possuindo um “micro-switch” que é acionado toda vez que o nível de líquido atinge o nível ajustado (set-point), sua função pode ser a de segurança, para proteger os compressores contra o conhecido golpe de líquido em situações de nível alto e a de controle, para assegurar um nível operacional quase constante dentro dos vasos. No caso de se trabalhar como segurança, o controlador deve ser montado no nível máximo permitido no vaso e seu “Micro-switch” deve estar intertravado com uma sirene e algumas vezes com a válvula automática montada na sucção e até com os compressores. Quando o controlador está sendo usado para controlar o nível operacional, deve estar comutado à válvula solenóide de líquido. Existem vários tipos de controladores de nível, desde os mecânicos até os eletrônicos, mas a principal diferença entre eles reside na condição deles atuarem na injeção de líquido de forma “on-off” ou proporcional. Quando o controle é “on-off”, o nível varia dentro de uma faixa estreita perfeitamente aceitável, mas isto sempre conduz a uma maior turbulência dentro do vaso e variação da pressão e temperatura internas. Já o controle proporcional, que é o mais indicado, a não ser pelo seu maior custo, mantém sempre o nível constante, porque a válvula de injeção abre na proporção exata à demanda momentânea de carga, sem causar perturbações no nível e flutuações de pressão e temperatura. 5.1. Chaves de Nível Magnéticas: Trata-se de um equipamento que incorpora um flutuador interno (1), o qual opera diretamente de acordo com o nível de líquido. A carcaça que contém a bóia é conectada ao vaso por dois tubos equalizadores, um superior para o gás e outro inferior para o líquido. Assim, por vasos comunicantes, o nível dentro da carcaça e do vaso é exatamente o mesmo.

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A bóia segue o nível de líquido verticalmente para cima e para baixo e a haste presa ao topo da bóia se movimenta dentro do tubo (7). A um determinado nível esta haste, via um imã, ativa o micro-switch na caixa elétrica (2). Esquema interno da ligação elétrica

A solução abaixo controla a injeção de líquido utilizando um controle On/Off. A chave de nível AKS 38 (5) controla a válvula solenóide EVRA (2), de acordo com o nível de líquido no separador. A válvula de regulagem manual REG (3) atua como uma válvula de expansão.

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5.2. Controladores de Nível e Válvulas de Injeção de Líquido Termostáticos: Existem dois controladores termostáticos distintos, o RT 280A, que é apenas um controlador e a válvula TEVA, que além da função de controle de nível, também já incorpora a função de válvula de expansão.

RT 280A TEVA Veja abaixo a forma de se montar o controlador de nível RT 280A:

O RT 280A é empregado normalmente em instalações com amônia e pode ser usado tanto como alarme de nível alto, como para controle de uma válvula solenóide. Entretanto, como ele trabalha no sistema “ON-OFF” e a variação de nível esperado pode chegar a 60 mm, é mais indicado para aplicações de alarme. Observando ao lado, vemos que o RT 280A tem um bulbo que é montado na altura desejada para

alarmar o sistema no caso do nível subir até este ponto. Este bulbo contém um líquido e uma resistência elétrica, que fica permanentemente energizada, a fim de que parte do líquido evapore e crie uma pressão suficiente para manter o fole estendido e mantenha os contatos (1) e (4) fechados com o compressor em operação. Mas, quando o nível sobe e a amônia líquida fria toca no bulbo, esta o resfria, condensando o vapor e reduzindo a pressão no fole a ponto deste se contrair e abrir os contatos (1) e (4) e fechar os contatos (1) e (2), acionando o alarme.

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A válvula TEVA é empregada em pequenas instalações com amônia. Note que neste caso, além de trabalhar como controladora de nível igual ao RT 280A, a válvula injeta no vaso

proporcionalmente a quantidade de amônia necessária à demanda de capacidade, o que ajuda a não criar turbulências no vaso, nem variações de pressão e temperatura. Obviamente, nestes tipos de sistema, enquanto a válvula TEVA trabalha com o nível operacional, é necessário se prever um controle de nível alto AKS 38 para alarme, no caso de haver uma falha na válvula. A chave de nível AKS 38, além de acionar um alarme, também é conectada em série com a válvula solenóide EVRA, de modo a cortar a injeção de refrigerante no caso do nível subir demais. Como na montagem do controlador RT 280A, o bulbo deve ser localizado na altura que se deseja manter o nível de liquido no vaso. O selecionamento da válvula TEVA segue o mesmo princípio de outras válvulas de expansão, ou seja, é necessário se conhecer a capacidade frigorífica e a queda de pressão através dela, calculada como:

PCD – PEV - ∆p , sendo PCD: pressão do condensador - PEV : pressão de evaporação ∆p: perdas de carga na linha de líquido devido ao seu comprimento, elevações, válvulas de bloqueio, filtros e outras singularidades. Tabela de Capacidade das Válvulas TEVA

Ex. Selecionar uma válvula TEVA para capacidade 100.000 kcal/h, Tev = -10º C, Tcd = 35º C. Considerar uma perda total na linha de líquido de 1 bar.

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5.3. Bóias de Baixa e de Alta Pressão: São válvulas formadas por uma carcaça conectada ao vaso por um equalizador superior e outro inferior, aonde se aloja o flutuador e uma agulha. Faz ao mesmo tempo o controle do nível e o trabalho de válvula de expansão. Quando aplicada em sistemas de grande porte, é usada como piloto de válvulas especiais de injeção de líquido. São particularmente indicadas quando se precisa de variações mínimas de nível. Quando montadas com a bóia na mesma pressão do separador de líquido, chamam-se bóias de baixa pressão e, quando montadas sob a pressão do condensador, denominam-se bóias de alta pressão. Enquanto que as bóias de baixa pressão abastecem os separadores de líquido sempre quando o nível destes cai, as bóias de alta pressão, que estão instaladas normalmente nos reservatórios de líquido, liberam amônia líquida sempre que se forma alguma coluna de líquido. Nota: os sistemas com bóia de alta pressão são também conhecidos como “limit charge”, ou de carga limitada de refrigerante, já que quando existe o reservatório, ele é pequeno e permanece quase vazio e a carga de amônia do sistema fica limitada àquela necessária apenas para encher o separador de líquido. Assim, podemos resumir: Os sistemas de controle de nível pelo lado de baixa pressão são caracterizados por: 1. Foco no nível do líquido do lado de evaporação do sistema. 2. Normalmente o recipiente de líquido é grande. 3. Alta (suficiente) carga de refrigerante. 4. Aplicável principalmente a sistemas descentralizados. Os sistemas de controle de nível pelo lado de alta pressão são caracterizados por: 1. Foco no nível do líquido do lado de condensação do sistema. 2. Carga crítica de refrigerante. 3. Recipiente de líquido pequeno ou até sem recipiente. 4. Aplicável principalmente a “chillers” e outros sistemas com pequenas cargas de refrigerante (por exemplo, congeladores pequenos). Vejamos a seguir alguns exemplos de montagem:

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5.4. Hastes Capacitivas:

Construtivamente a haste consiste de dois tubos, um interno e outro concêntrico externo. A haste é montada ao lado do vaso por meio de equalizações superiores e inferiores, de modo que internamente mantenha o mesmo nível que o vaso. O líquido refrigerante sobe por dentro da haste e através da medida da capacitância elétrica entre os dois tubos é possível registrar quanto da haste esta cheia de líquido. Daí é gerado e transmitido um sinal de corrente de 4 a 20 mmA,

Se a capacidade for grande, a válvula de bóia SV é utilizada como uma válvula piloto para uma válvula principal PMFL. Conforme ilustrado acima, quando o nível de líquido no separador cair abaixo do nível ajustado, a válvula de bóia SV provê um sinal para que a válvula PMFL abra proporcionalmente.

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sendo 4 mmA quando a haste está vazia de líquido e 20 mmA quando ela está totalmente cheia. Existem no mercado vários comprimentos de haste variando entre 500 mm até 3.000 mm. Isoladamente não tem muita importância, porque serve apenas para se poder ver corretamente numa tela de computador o real nível dentro de um vaso. Mas, quando combinada com uma válvula de expansão eletrônica ou motorizada, usando uma interface eletrônica, se tem a opção mais confiável e precisa de alimentação de líquido em separadores e resfriadores de líquido disponível no mercado. Vejamos a seguir uma montagem mostrando esta aplicação:

6. Válvulas de Expansão: São dispositivos que tem como finalidades básicas provocar uma queda de pressão e dosar a quantidade de refrigerante antes da entrada dos evaporadores e separadores de líquido. Elas separam os lados de alta e baixa pressão do sistema. Além destas funções prioritárias, também podem controlar o grau de superaquecimento de um fluido refrigerante na saída de um evaporador ou simplesmente servir para distribuir o líquido bombeado à baixa temperatura para vários evaporadores inundados de amônia de uma maneira equalizada. Nos diagramas do ciclo frigorífico (pressão versus entalpia), o processo através de uma válvula de expansão segue um linha vertical descendente do tipo isoentálpico. Nos sistemas de refrigeração menores e com gases halogenados, o mais comum é o uso das válvulas de expansão termostáticas para os evaporadores, enquanto que, em sistema de maior porte, que usam a amônia como fluido refrigerante, o mais usual é a utilização das válvulas de expansão do tipo manual. 6.1. Automáticas ou Pressostáticas: Trata-se de uma válvula que procura manter constante a pressão de evaporação. De acionamento por diafragma com a pressão do evaporador atuando no lado inferior do diafragma (vide esquema abaixo) e a pressão atmosférica mais a pressão ajustável de uma mola atuando no lado superior.

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Condição de funcionamento com carga térmica elevada.

Condição de funcionamento com carga térmica parcial.

Quando o compressor funciona, retirando gás do evaporador, reduz a pressão no evaporador e no lado inferior do diafragma, a força da mola empurra o diafragma para baixo e a válvula permite a entrada de mais refrigerante para dentro do evaporador. À medida que mais líquido adentra o evaporador, a pressão de evaporação tende a subir novamente, forçando agora o diafragma para cima e fechando a válvula.

Se uma válvula de expansão automática é ajustada para evitar a injeção de muito fluido refrigerante no evaporador nas situações de carga térmica baixa, ela penaliza a alimentação no sentido contrário, quando há o aumento de carga.

Outras desvantagens destas válvulas surgem quando temos uma redução repentina de carga e a pressão de evaporação cai depressa. Para tentar manter a pressão constante a válvula abre demais e pode causar golpe de líquido no compressor. Por outro lado, se houvesse uma elevação súbita da pressão de evaporação, a primeira ação da válvula é a de se fechar para tentar manter o equilíbrio e isto corta a alimentação de líquido até que o compressor consiga abaixar a pressão, causando insuficiência de frio no sistema. Por isso, a válvula automática só destinada a equipamentos pequenos e com carga térmica constante.

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6.2. Termostáticas com Equalização Interna: Enquanto que a operação da válvula de expansão automática se baseia na manutenção de uma pressão constante no evaporador, a operação da válvula de expansão termostática é baseada em manter um grau constante de superaquecimento de sucção na saída do evaporador, o que permite conservar o evaporador completamente cheio de refrigerante sob todas as condições de carga térmica, sem o perigo de arraste de líquido para o compressor. Deste modo, ela se presta muito

bem em circunstâncias de grandes e freqüentes variações de carga. A figura ao lado ilustra os componentes de uma válvula típica de expansão termostáticas: um corpo (3), a mola (4), o diafragma (1) e o bulbo remoto (2). O bulbo remoto e o espaço acima do diafragma estão ligados por um tubo capilar. O bulbo contém um fluido volátil, que é normalmente o mesmo que se utiliza como refrigerante no sistema. Quando se aplica calor ao bulbo remoto, a pressão do vapor dentro do tubo aumenta. Esta pressão (P1) transmite-se através do tubo capilar para o espaço sobre o diafragma. A pressão aplicada faz fletir

o diafragma para baixo contra a tensão da mola (P3) e a pressão de evaporação (P2). Isto faz mover a haste para fora da sede da válvula, abrindo a válvula. Quando o bulbo é resfriado, o vapor dentro do bulbo condensa-se, reduzindo a pressão do vapor. Como resposta, o diafragma é movido para a sua posição original por ação da mola. Isto move a haste para a sede da válvula fechando a válvula. Assim, o grau de calor existente no bulbo determina a posição da haste a qual, por sua vez, controla a quantidade de refrigerante que passa para o evaporador. A maioria das válvulas de expansão possui um ajuste que varia a tensão da mola. Variando a tensão da mola varia-se o grau de calor necessário no bulbo remoto para dar a posição à haste da válvula. Este ajuste é conhecido como ajuste de “superaquecimento”. Características que influenciam no selecionamento e desempenho das válvulas de expansão termostáticas: Superaquecimento: O superaquecimento é medido no ponto onde o bulbo está localizado na linha de sucção e é a diferença entre a temperatura no bulbo e a pressão/temperatura de evaporação no mesmo ponto. O superaquecimento é medido em graus Kelvin (°K) e é utilizado como um sinal para regular a injeção de líquido, através da válvula de expansão. Subresfriamento: O subresfriamento é definido como a diferença entre a temperatura de condensação e a temperatura do líquido, na passagem de entrada da válvula de expansão. O subresfriamento é medido em graus Kelvin (°K) e é necessário para evitar bolhas de vapor no refrigerante antes da válvula de expansão, que reduzem a capacidade da válvula de expansão e o suprimento de líquido ao evaporador.

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Perdas de Pressão: Considere um sistema usando refrigerante R-22. Quando a temperatura do evaporador for de 4º C, a pressão absoluta abaixo do diafragma é de 565,7 kPa. Como o bulbo remoto também está carregado com R-22, quando o bulbo é sujeito à mesma temperatura de 4º C, as pressões dentro do bulbo e na área acima do diafragma são também 565,7 kPa. As pressões do gás são equilibradas só pela pressão da mola mantendo a válvula fechada. Se a pressão da mola for de 115 kPa, a válvula abrir-se-á quando a temperatura no bulbo atingir 10º C, ou seja 6º C de superaquecimento. Aos 10º C, as pressões no bulbo e acima do diafragma são de 680,7 kPa (565,7 kPa+ 115 kPa). Suponha agora que esta válvula de expansão seja utilizada com um evaporador que tem uma perda de pressão de 41 kPa e com um distribuidor de líquido que tem uma perda de 103 kPa. Como a pressão no lado de saída da serpentina se deve manter a 565,7 kPa, correspondente à temperatura de 4º C, a pressão à saída da válvula deve ser 144 kPa superior para compensar o valor das perdas. Assim, a pressão na saída da válvula passa a ser de 824,7 kPa (565,7 kPa + 144 kPa + 115 kPa), que é a mesma pressão que atua na parte inferior do diafragma. Para equilibrar esta pressão e abrir a válvula, deve existir a temperatura de cerca de 16º C no bulbo. O superaquecimento passa de 6º C para 12º C (16º C – 4º C) agora, o que resulta em uma perda da capacidade da serpentina devido à grande quantidade de superfície da serpentina necessária só para superaquecer o gás. 6.3. Termostáticas com Equalização Externa: Para compensar o efeito da perda de pressão em grandes evaporadores, as aberturas de equlização internas são fechadas e um equalizador externo é conectado entre o lado de sucção da serpentina e o lado inferior do diafragma. Isto elimina o efeito da perda de pressão através da serpentina e a regulagem de superaquecimento depende apenas do ajuste da tensão da mola. Todas as válvulas de expansão termostática usadas em serpentinas de condicionamento de ar com uma perda de pressão igual ou seperior a 14 kPa, devem ser do tipo com equalização externa. 6.4. Tipos de Cargas: As válvulas de expansão termostática podem conter um dos três tipos de carga: 1. Carga universal 2. Carga MOP 3. Carga MOP com ballast, padrão das válvulas de expansão com MOP da Danfoss. Carga universal As válvulas de expansão com carga Universal são utilizadas na maioria dos sistemas de refrigeração, onde não há nenhuma exigência de limitação de pressão e onde o bulbo pode ser colocado em local mais quente que o elemento ou em temperatura/pressão de evaporação alta.

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Carga Universal significa que há carga de líquido no bulbo. A quantidade de carga é tão grande que a carga permanece no bulbo, independentemente do elemento estar mais frio ou mais quente que o bulbo. Carga MOP As válvulas de expansão com carga MOP são utilizadas, tipicamente, em unidades feitas em fábrica, onde se exige a limitação da pressão de sucção na partida, p.ex., nos equipamentos de transporte e em sistemas de ar condicionado. Todas as válvulas de expansão com MOP têm uma carga muito pequena no bulbo. Isto significa que a válvula ou o elemento deve ser colocado mais quente que o bulbo. Se não for, a carga pode migrar do bulbo para o elemento e evitar que a válvula de expansão funcione.

A carga MOP significa carga limitada de líquido no bulbo. “MOP” significa “Maximum Operating Pressure” (Pressão Operacional Máxima) e é a pressão de evaporação máxima admissível no evaporador/linha de sucção. À medida que a pressão de sucção aumenta, 0,3 a 0,4 bar abaixo do ponto MOP, a válvula de expansão começa a fechar, se fechando por completo quando a pressão de sucção se igualar ou superar o MOP, situação em que toda a carga no bulbo está evaporada.

MOP é freqüentemente denominado de “Motor Overload Protection” (Proteção contra Sobrecarga do Motor). 6.5. Selecionamento: A válvula de expansão termostática pode ser selecionada quando as seguintes informações forem conhecidas:

Refrigerante Capacidade do evaporador Pressão de evaporação Pressão de condensação expansão termostática Sub-resfriamento Perdas de carga (pressão) devido a tubulação e demais singularidades na linha de

líquido. Equalização de pressão interna ou externa

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Exemplo: Selecionar uma válvula de expansão termostática para as seguintes condições: Refrigerante: R-22 Capacidade frigorífica: 9 kW Temperatura de evaporação: -10º C (Pev ~ 3,6 bar) Temperatura de condensação: 36º C (Pc~ 13,9 bar) Linha de líquido de ø ½” e comprimento 25 m Determinação da queda de pressão através da válvula: ∆P = Pc – Pev - ∆Pperdas

∆Pperdas = ∆Plinha de líquido + ∆Pfiltro secador+visor+válv. solenóide+singularidades + ∆Pelevação + ∆Pdistribuidor + ∆Pev ∆Plinha de líquido = 25 mx 0,0040 bar/m = 0,1 bar ∆Pfiltro secador+visor+válv. solenóide+singularidades = 0,2 bar (valor assumido) ∆Pdistribuidor ~ 0,5 bar ∆Pev ~ 0,5 bar ∆Pelevação ~ 0,7 bar = altura da coluna (6 m) x peso específico do R-22 (1.318 kgf/m³) ∆P = 13,9 – 3,6 – 2,0 = 8,3 bar

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6.6. Instalação: A válvula de expansão deve ser instalada na linha de líquido, antes do evaporador, com o seu bulbo preso à linha de sucção, tão próxima do evaporador quanto possível. Se houver equalização da pressão externa, a linha de equalização deve estar conectada à linha de sucção, imediatamente após o bulbo. O bulbo fica melhor montado no tubo da linha de sucção horizontal numa posição entre 1 hora e

4 horas. A posição depende do diâmetro externo do tubo. Recomenda-se também que o bulbo nunca fique na parte de baixo da linha de sucção devido à possibilidade de, óleo acumulado na parte de baixo do tubo, originar sinais falsos. O bulbo deve ser capaz de detectar a temperatura do vapor de sucção superaquecido e, portanto, não deve estar localizado em uma posição que o exponha a calor/frio externo. Se o

bulbo for exposto a uma corrente de ar quente, é recomendável isolar o bulbo. A presilha do bulbo permite uma instalação firme e segura do bulbo ao tubo, com isso garantindo que o bulbo tenha um contato térmico máximo com o tubo de sucção. O bulbo não deve ser instalado próximo de componentes com massa grande, nem depois de um

intercambiador de calor, porque, nesta posição, ele emitirá sinais falsos para a válvula de expansão. O bulbo da válvula de expansão sempre deve ser instalado antes do bloqueio de qualquer líquido. Como mencionado previamente, o bulbo deve ser instalado na parte horizontal da linha de sucção, imediatamente após o evaporador. Ele não deve ser instalado em um tubo coletor ou um tubo vertical, após uma bolsa de óleo.

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6.7. Eletrônicas: São válvulas que controlam o fornecimento de líquido em evaporadores, tanto do tipo serpentina de ar, como “shell and tube” para resfriamento de líquidos, com enormes vantagens em relação às convencionais termostáticas. Entre as principais vantagens, temos:

O sistema não é afetado por mudanças na pressão de condensação; Compensa mudanças no subresfriamento; Se auto-ajusta rapidamente e precisamente mesmo em grandes variações de carga

térmica, e Opera com superaquecimentos pequenos, trazendo máxima utilização do evaporador.

Normalmente, o sistema possui além da válvula de expansão, um módulo eletrônico de controle e dois sensores, podendo ser ambos de temperatura (montados um na entrada do evaporador e outro na saída – quando se usa evaporadores com baixa perda de carga) ou ainda um único sensor de temperatura e um transmissor de pressão (ambos instalados na saída do evaporador – quando o mesmo tem elavada perda de carga). Vide exemplo a seguir para um resfriador de ar:

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O fornecimento de líquido é controlado pelos sinas de dois sensores PT 1000. Os sensores registram a diferença entre a temperatura na saída (S2) do evaporador e na entrada (S1). O diferencial de temperatura registrado é constantemente comparado no módulo EKS 65 com o valor ajustado. Se o diferencial muda em relação ao ajustado, o controlador imediatamente enviará mais ou menos pulsos elétricos ao atuador da válvula TQ ou PHTQ, abrindo ou fechando mais a válvula e mudando o fluxo de refrigerante e assim restabelecendo o diferencial de temperatura requerido (S2 –S1). Vide exemplo a seguir para um resfriador de líquido: Este é o caso de “chillers” com distribuidor de líquido aonde é necessário a leitura da pressão na saída do evaporador para se compensar as perdas de carga. Como o controlador eletrônico só interpreta sinais elétricos ôhmicos, o sinal de tensão 0 a 10 volts, emitido pelo transmissor de pressão AKS 32, deve ser convertido na interface “P/T converter” antes de chegar ao EKS 65. As válvulas utilizadas nos sistemas eletrônicos de expansão podem ser do tipo pulsante ou motorizada.

As válvulas do tipo pulsante possuem em sua cabeça um atuador elétrico formado por uma câmara contendo um líquido e uma resistência mergulhada. Na parte inferior desta câmara têm-se um diafragma preso ao sistema agulha / orifício. O controlador envia pulsos de 24 Vac para o atuador, que aquece o líquido, evaporando parte do mesmo e aumentando a pressão acima do diafragma. Quanto mais freqüentes e contínuos são os pulsos, maior é a pressão em cima do diafragma e a válvula se fecha. Como abaixo do diafragma temos a contrapressão do gás refrigerante, quando o atuador esfria, na situação resultante da diminuição dos pulsos, o diafragma se flete para fora de sua sede, e permite a injeção de líquido.

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O exemplo acima mostra uma instalação típica para um evaporador DX controlado eletronicamente e sem degelo por gás quente.

A injeção de líquido é controlada pela válvula motorizada ICM (4) controlada pelo controlador de evaporador tipo EKC 315 (8). O controlador medirá o superaquecimento por meio do transmissor de pressão AKS 33 (10) e de um sensor de temperatura AKS 21 (9) na saída do evaporador, controlando a abertura da ICM para manter o superaquecimento em um nível ideal. Ao mesmo tempo o controlador EKC 315 opera como um termostato digital que controlará a atuação ON/OFF (liga/desliga) da válvula solenóide EVRA (3), dependendo do sinal de temperatura do ar no sensor AKS 21 (11) .

Esta solução, semelhante ao caso do sistema de expansão com válvula pulsante, opera o evaporador com um superaquecimento otimizado, constante-mente adaptando o grau de abertura da válvula de injeção para assegurar a máxima capacidade e eficiência. A área de troca do evaporador será totalmente utilizada. Além disto, esta solução oferece uma alta precisão no controle da temperatura do meio. O controlador digital controla todas as funções do evaporador, inclusive o termostato, expansão e alarmes.

6.8. Regulagem Manual: As válvulas de expansão manual têm seu uso restrito aos sistemas de refrigeração industrial do tipo inundado com amônia. Tanto podem ser aplicadas na injeção de líquido em resfriadores intermediários e separadores de líquido, quando a amônia ao atravessá-las realmente evapora, como também na alimentação de evaporadores inundados, em que sua única função é regular equalizadamente o abastecimento de líquido a todos os evaporadores existentes no sistema e que se encontram dispostos em distâncias diferentes do coletor e, portanto, sob perdas de carga desiguais.

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12,5 bar

12,5 bar

12,1 bar

3,05 bar

3,55 bar

12,1 bar

11 bar

8 bar

3,0 bar

3,5 bar

Trata-se de uma válvula manual cujo pistão tem um formato cônico que permite termos um controle preciso de vazão. O número de voltas que se dá abrindo a válvula determina a vazão e a queda de pressão que se necessita, sendo que a inadequada regulagem da mesma interfere tanto no funcionamento de um separador de líquido, como também na vida útil das válvulas solenóides.

Os dados necessários para o selecionamento de uma válvula de expansão manual são: a capacidade frigorífica, temperaturas de evaporação e condensação, subresfriamento, taxa de recirculação e trecho do sistema em que a REG será montada. Analise o fluxograma abaixo com seu gráfico de queda de pressão manométrica ao longo da tubulação. A que conclusões podemos chegar:

QUEDA DE PRESSÃO AO LONGO DA LINHA DE LÍQUIDO

COM A VÁLVULA DE EXPANSÃO REGULADA

CORRETAMENTE

COM A VÁLVULA DE EXPANSÃO MUITO

ABERTA

SL

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SL

Considerando que tenhamos um grau de subresfriamento de 1º K e refrigerante R-717:

1. _______________________________________________________________________

2. _______________________________________________________________________

3. _______________________________________________________________________

4. _______________________________________________________________________ 6.8. Pilotadas: Conforme visto no capítulo das bóias de nível mecânicas na pag. 45, existem válvulas de expansão que são pilotadas por bóias tanto de baixa como de alta pressão. Estas válvulas, aplicadas normalmente nos sistemas de refrigeração industrial, produzem uma injeção de amônia contínua, sem turbulência e proporcional à demanda de capacidade nos separadores de líquido.

F

CD

RL

VÁLV. EXP. PIL.

BOMBA

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7. Válvulas Moduladoras de Pressão e Temperatura: Existe uma variedade muito grande de válvulas moduladoras, que são usadas para controlar os lados de baixa e alta pressão em sistemas de refrigeração comercial e industrial sob condições de carga variáveis, se diferenciando com relação ao formato, devido às instalações maiores usarem amônia como fluido refrigerante, exigindo válvulas de maior porte em aço com pilotos montados em suas tampas, mas com funções semelhantes. Deste modo, para condensar o assunto, apresentaremos ao mesmo tempo, em cada uma das aplicações, os dois tipos de válvulas. Primeiramente as usadas em refrigeração comercial e em seguida, as usadas em refrigeração industrial. Nota: embora nesta apostila tenhamos empregado os produtos da marca Danfoss como base na maioria de nossas explicações, pela sua qualidade, simplicidade e principalmente, por ser largamente difundida em nosso mercado, o conceito apresentado é o mesmo para quaisquer outras marcas. Antes de avançarmos neste assunto, vamos estudar uma válvula principal servo operada, que é usada frequentemente em instalações com amônia, embora sirva para todos os gases, e que, dependendo do piloto montado, passa a desempenhar a mesma função do piloto.

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Como se vê, as conexões para pilotos seguem um padrão: SI e SII estão ligados em série, enquanto que P está em paralelo com SI. Vide abaixo um quadro que analisa as várias situações de abertura da válvula em relação à disposição das três conexões:

Como se vê, é uma válvula normalmente fechada do tipo servo operada, porque o pistão é acionado por diferença de pressão entre a entrada da válvula (montante) e sua saída (jusante). Abaixo do pistão tem-se a pressão da jusante da válvula + a força da mola, enquanto do lado de cima do pistão temos a pressão da montante da válvula, a qual é liberada dependendo da posição de abertura do piloto. A válvula pode ter conexão para um ou três pilotos, conforme o tipo da tampa utilizada, além de uma saída para engate de manômetro para leitura da pressão a montante da válvula. A válvula também pode ser operada manualmente.

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É projetada para requerer um mínimo de diferencial de pressão para poder abrir, de tal forma que, se o diferencial é zero, a válvula fica fechada; se é maior que 0,2 bar, a válvula abre-se totalmente; todavia, se o valor ficar entre 0,07 e 0,2 bar, o grau de abertura será correspondentemente proporcional. 7.1. Reguladoras de Pressão de Evaporação: A) Nos Sistemas de Refrigeração Comercial: KVP – Regulador de pressão a montante: O regulador de pressão de evaporação KVP está instalado na linha da sucção, depois do evaporador, para regular a pressão de evaporação em sistemas de refrigeração com um ou mais

evaporadores e um compressor. Nesse tipo de sistemas de refrigeração (operando com pressões de evaporação diferentes), o KVP é instalado depois do evaporador com a pressão de evaporação mais alta. Cada evaporador é ativado por uma válvula solenóide na linha do líquido. O compressor é controlado por um pressostato de baixa. A pressão máxima no lado da sucção corresponde à temperatura mais baixa da sala.

Em sistemas de refrigeração com evaporadores em paralelo e compressores comuns, e onde é requerida a mesma pressão de evaporação, o KVP deve ser instalado na linha de sucção comum.

O regulador da pressão de evaporação KVP tem uma conexão com manômetro, para ser utilizado no ajuste da pressão de evaporação. Através do KVP, a pressão / temperatura de evaporação ficam constante. O KVP abre na medida em que a pressão de evaporação tende a subir.

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B) Nos Sistemas de Refrigeração Industrial: ICS + CVP A válvula ICS montada com um piloto de pressão CVP, se torna uma válvula reguladora de pressão, ou como é conhecida também: válvula de pressão constante. O que este conjunto se diferencia da KVP é sua versatilidade, permitindo ampliar suas funções quando se usa a tampa para três pilotos. Deste modo podemos dispor, num mesmo conjunto, de funções complementares como fechamento forçado e controle de mais de uma temperatura de evaporação. Entretanto, se incluirmos outros tipos de pilotos e ainda montá-los externamente, podemos obter dezenas de outras funções para atender diversas aplicações. Funcionamento do piloto CVP: quando a pressão da amônia fica maior que a força da mola, o diafragma se flete, permitindo que o gás penetre e empurre o pistão, ocasionando a abertura da válvula para restabelecer um novo ponto de equilíbrio.

VÁLVULA REGULADORA DE PRESSÃO ESQUEMA USADO NOS FLUXOGRAMAS COM UM PILOTO CVP

DIAFRAGMA

FORÇA DA MOLA

PRESSÃO AMÔNIA

VÁLVULA FECHADA VÁLVULA ABERTA

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Funcionamento da ICS com um piloto solenóide EVM e um CVP:

VÁLVULA REGULADORA DE PRESSÃO COM ESQUEMA USADO NOS FLUXOGRAMAS UM PILOTO EVM EM SÉRIE COM UM CVP Na montagem acima, a válvula passa a ter a possibilidade de ser fechada a distância, quando se corta a energia na bobina do piloto de solenóide. Isto pode ser usado para fechar o sistema quando o compressor está parado; controlar a capacidade do evaporador e ainda, para se fazer o degelo automático. Funcionamento da ICS com um piloto solenóide EVM e dois CVP’s:

VÁLVULA REGULADORA DE PRESSÃO ESQUEMA USADO NOS FLUXOGRAMAS COM UM PILOTO EVM E DOIS CVP Na montagem acima, a válvula passa a ter a possibilidade de ser operada à distância de forma a regular a pressão de evaporação em dois níveis. Supondo que o piloto CVP, em série com o piloto solenóide EVM, esteja ajustado para uma pressão mais baixa que o CVP que está montado na conexão P, teríamos que, quando o piloto EVM é energizado, o piloto CVP em série comanda a abertura da válvula. No entanto, quando se corta a energia do EVM, é o piloto em paralelo que passa a comandar a abertura da válvula.

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Analise o fluxograma frigorífico abaixo. Considerando que o CVP(2) em série com o piloto solenóide EVM seja ajustado para 1,0 bar e o CVP(3) em paralelo, seja ajustado em 4,0 bar, preencha a tabela, completando se os pilotos e a válvula estão abertos (A) ou fechados (F) e qual seria a pressão no evaporador:

SITUAÇÃO PRESSÃO no

sep. de líquido evm(4) cvp(2) cvp(3) ics(1)

PRESSÃO no EVAPORADOR

1 O,O BAR A A F A 1,0 BAR

2 0,0 BAR F F A A 4,0 BAR

3 2,0 BAR A A F A 2,0 BAR

4 2,0 BAR F F F F 4,0 BAR

5 4,5 BAR A F A A 4,5 BAR

6 4,5 BAR F F A A 4,5 BAR

Catálogo e Selecionamento das Válvulas KVP:

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Banda Proporcional A banda proporcional ou “P-band” é definida como a quantidade de pressão requerida para mover a válvula da posição fechada para a posição totalmente aberta. Exemplo: Se a válvula é ajustada para abrir em 4 bar e o “P-band” é 1,7, a válvula dará a capacidade máxima quando a pressão na entrada alcançar 5,7 bar. Offset O “offset” é definido como a variação permissível de pressão no evaporador e é calculada como a diferença entre a pressão de evaporação

requerida e a mínima pressão de evaporação aceitável. O offset é sempre uma parte do “P-band”.

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7.2. Reguladoras de Pressão de Condensação: A) Nos Sistemas de Refrigeração Comercial: KVR– Regulador de pressão a montante: Normalmente, o KVR é instalado entre o condensador resfriado a ar e o tanque de liquido para manter constante a pressão no condensador. O KVR abre com a subida da pressão de

condensação. O KVR, junto com um NRD (regulador de pressão diferencial), garante uma pressão de líquido suficientemente alta no tanque de liquido, durante condições de operação variáveis. O KVR também tem uma conexão com manômetro para auxiliar no ajuste. Em situações onde tanto o condensador resfriado a ar, quanto o tanque de líquido estão

localizados ao ar livre, em ambientes muito frios, pode ser difícil dar partida no sistema de refrigeração após um período de inatividade longa. Nessas condições, o KVR é instalado antes

do condensador resfriado a ar com um NRD em uma linha de by-pass ao redor do condensador. O NRV (válvula de retenção) previne o refluxo durante o processo de partida do sistema.

O KVR também é utilizado na recuperação de calor. Nesta aplicação, o KVR é instalado entre o trocador de calor e o condensador. É necessário instalar um NRV entre o condensador e o tanque de liquido, a fim de prevenir a evaporação do líquido no condensador.

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O KVR pode ser utilizado como uma válvula de alívio em sistemas de refrigeração com degelo automático. Nesses sistemas, o KVR é instalado entre o tubo da passagem de saída do evaporador e o tanque de liquido. Observação: O KVR nunca deve ser utilizado como uma válvula de segurança. B) Nos Sistemas de Refrigeração Industrial: ICS + CVP / ICS + CVPP Dificilmente é empregado o controle de pressão de condensação em sistemas de amônia, devido existerem poucas chances, num sistema grande, da pressão de condensação cair a ponto de se ter dificuldade de circulação de líquido a partir do reservatório de líquido. O que esta opção se diferencia da KVR e NRD anteriores, é o tipo de material de construção, que é em aço, para suportar a amônia e a capacidade maior. Portanto, se pode empregá-los também em sistemas de refrigeração com gases halogenados, aonde os modelos KVR e NRD não atendem, ficando subdimensionados.

Explicação: A válvula ICS (1) através do CVP, mantém a pressão constante a montante. No caso da pressão de condensação cair, o diferencial ajustado no piloto CVPP, montado na ICS (6) é ultrapassado e faz abrir a válvula, injetando gás quente sob pressão para dentro do reservatório. Quando a pressão no RL sobe, diminui o diferencial e a ICS (6) volta a fechar.

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Catálogo e Selecionamento das Válvulas KVR:

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Considerando o sistema ao lado, dimensione a válvula KVR:

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7.3. Reguladoras de Capacidade: A) Nos Sistemas de Refrigeração Comercial: KVC e CPCE O KVC é utilizado para o controle da capacidade em sistemas de refrigeração onde situações de baixa carga ocorrem e onde é necessário evitar pressão de sucção baixa e a ”ciclagem do compressor”.

Uma pressão de sucção muito baixa também causará vácuo no sistema de refrigeração e, desse modo, criará o risco da entrada de ar em sistemas de refrigeração com compressor aberto. O KVC normalmente é instalado em uma linha de bypass, entre o tubo de descarga do compressor e o tubo de sucção. O KVC abre quando há queda de pressão a jusante da válvula (pressão de sucção). Um regulador de capacidade CPCE pode ser utilizado como uma alternativa ao KVC, se o requisito for de maior precisão no controle, baixa pressão de sucção ou se for entregue uma queda de pressão maior entre a passagem de saída do CPCE e a pressão de sucção. O KVC também pode ser instalado em uma linha de bypass do tubo de descarga do compressor, com a passagem de saída da válvula instalada em um ponto entre a válvula de expansão e o evaporador.

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Este arranjo pode ser utilizado em um resfriador de líquido com diversos compressores acoplados em paralelo e onde não é usado nenhum distribuidor de líquido. B) Nos Sistemas de Refrigeração Industrial: PMC + CVC Dificilmente é empregado o controle de capacidade em sistemas de amônia, devido existerem poucas chances, num sistema grande, da pressão de sucção cair momentâneamente, a ponto de desligar todos os compressores. Apesar disso, já vimos instalações de engarrafamento de bebidas, que trabalham com 2 ou 3 linhas, usando este sistema. O que acontece é que a carga térmica é muito elavada em cada linha e quando uma pára, devido ter estourado uma garrafa, a pressão de sucção cai rápidamente e dois minutos depois o processo retorna. Nestas paradas curtas, se não há um sistema de controle de capacidade, o compressor desliga e logo em seguida parte novamente, acarretando aumento da demanda.

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Explicação: Tanto a válvula PMC como a ICS montadas com o piloto CVC, operam com a mesma função, ou seja, monitorando a pressão de sucção do compressor e injetando gás quente na linha sempre que a pressão cai abaixo do valor ajustado no CVC. O conjunto pode ser instalado injetando preferencialmente antes do evaporador ou mesmo após desde que se tome alguns cuidados, já que estamos jogando vapor superaquecido na entrada do compressor, o que pode provocar danos ao compressor por sobreaquecimento. Assim, recomenda-se injetar o gás quente antes de um acumulador de sucção e limitar o tempo que o sistema é permitido permanecer ligado (5 a 10 min). Quando a pressão de sucção volta a subir, a PMC volta a fechar. Catálogo e Selecionamento das Válvulas KVC e CPCE:

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7.4. Reguladoras da Pressão de Sucção dos Compressores: A) Nos Sistemas de Refrigeração Comercial: KVL O KVL é utilizado para o controle da pressão de sucção em sistemas de refrigeração aonde tenhamos situações de elevadas pressões, como aquelas que ocorrem na partida do sistema após longos períodos de parada e após operações de degelo de evaporadores, a fim de evitar sobrecarga nos motores elétricos dos compressores”. Sua função é idêntica às válvulas de expansão termostática com MOP, ou seja, mantém a linha de sucção do compressor fechada até que a pressão caia abaixo do ponto ajustado na KVL. O KVL é, freqüentemente, utilizado em sistemas de refrigeração com compressores herméticos ou semi-herméticos projetados para faixas de temperatura baixa. Veja a seguir a foto do produto e um fluxograma com sua aplicação:

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B) Nos Sistemas de Refrigeração Industrial: ICS + CVC Dificilmente é empregado este tipo de controle para limitar a pressão do cárter dos compressores em sistemas de amônia, devido aos próprios compressores de grande porte possuirem no seu controle PLC, funções de proteção contra elevadas pressões de sucção, mantendo a capacidade mais reduzida até a pressão de sucção cair abaixo da faixa aceitável. Mostramos abaixo uma solução para sistemas de maiores capacidades utilizando o piloto CVC. Note que a válvula reguladora no exemplo, ao mesmo tempo que controla a pressão do evaporador, também protege o compressor contra altas pressões na sucção. Se o piloto CVC fosse ajustado para 4 bar, quando o sistema partisse, a válvula não abriria até que a sucção caisse abaixo de 4 bar.

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Catálogo e Selecionamento das Válvulas KVL:

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7.5. Reguladoras da Temperatura do Meio: Este tópico é específico para uso nas instalações de refrigeração industrial com amônia. ICS + CVT O CVT é um piloto termostático utilizado para controlar a temperatura de um meio através da

ajuste grosseiro da temperatura sem “display” necessário CVP para evitar pressões de evaporação muito baixas.

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abertura da válvula reguladora, que está conectada à sucção do compressor, de modo a variar a intensidade da refrigeração de acordo às alterações de carga térmica. Nesta opção não se está controlando a pressão de evaporação, que flutua livremente, mas sim a temperatura do meio.

É uma forma de controle ideal para resfriamento de líquidos, mas ultimamente também tem sido aplicado para controle da temperatura do ar em câmaras de resfriamento de carcaças. A precisão da temperatura controlada com o uso do piloto CVT não é tão boa e, quando se necessita de desvios menores e maior precisão, se busca as soluções com controles eletrônicos. Para se entender melhor a razão da preferência deste tipo de solução nestes casos em detrimento ao controle por pressão, vamos analisar as situações a seguir: Suponha um sistema de resfriamento de água constituido por um trocador de placas inundado

com amônia, qual seria a diferença entre se usar a válvula reguladora por temperatura e o controle por pressão de evaporação? _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Imagine agora uma câmara de resfriamento de carcaças de boi, qual é vantagem de se usar uma válvula reguladora de temperatura ao invés de uma reguladora de pressão de evaporação? _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

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ICS + CVQ O CVQ é um pilto elétrico formado por um envólucro com um diafragma que sofre pressões, de seu lado inferior (no sentido de abrir o piloto) a pressão do gás a montante da válvula e na parte de cima, a pressão de um líquido que se evapora por meio do aquecimento de uma resistência imersa neste. Assim, basta aquecer ou resfriar este líquido para alterar a pressão e provocar a abertura da válvula (piloto mais frio ao toque) , ou seu fechamento (piloto mais quente). Como se vê no diagrama a seguir, o sistema contém ainda um controlador eletrônico e um sensor

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de temperatura. O desvio esperado na temperatura neste arranjo é de até 0,25º C. 7.6. Reguladoras da Pressão Diferencial de Bombas de Amônia: Primeiramente se faz necessário sabermos que as bombas usadas em sistemas de refrigeração com amônia podem ser do tipo de deslocamento positivo (de engranagens) e as centrífugas (de rotores). Apesar da característica da curva da bomba centrífuga ser diferente da de engrenagem, sendo menos problemática, por causa da pressão de recalque não subir tanto, sob circustâncias de elevação da perda de carga do sistema, é recomendável a instalação de uma válvula de alívio na descarga das bombas de modo a permitir o desvio de parte da vazão de volta ao separador de líquido. Assim, com o fim de proteger o sistema, conhecendo-se a altura manométrica da bomba (ou seu ∆P), é possível se ajustar a válvula de alívio para que a pressão a jusante da bomba nunca exceda este valor máximo. Isto traz segurança contra vazamentos de amônia, que por ser um fluido de elevada toxidade, deve-se tomar cuidado. ICS + CVPP O CVPP, como já visto anteriormente, é um piloto de pressão diferencial que procura manter constante a diferencial na bomba de amônia. A válvula ICS com seu piloto CVPP é montada ligando o coletor de descarga das bombas com o separador de líquido. Tente descobrir quais são os benefícios de se usar este tipo de controle de pressão diferencial num sistema de refrigeração industrial: 1. __________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

2. __________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

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Veja um esquema de montagem a seguir:

8. Válvulas Solenóides: Válvulas solenóides são válvulas de bloqueio comandadas eletricamente à distância. São dividas em três grupos, as de ação de direta, as servo-operadas e as de ação indireta por gás quente. Além disso, as válvulas podem ser de 2 ou 3 vias e do tipo normalmente fechadas (NF), quando ficam fechadas ao estarem desenergizadas ou normalmente abertas (NA), quando ficam abertas ao estarem desenergizadas. As válvulas solenóides são abertas por ação de uma força eletromagnética decorrente de um campo magnético criado quando os fios da bobina são percorridos por uma corrente elétrica. A peça que é imantada e que proporciona a abertura da válvula é conhecida como armadura. Internamente, as válvulas solenóides possuem como elemento de vedação um diafragma ou um pistão. É recomendável sempre se instalar um filtro antes das válvula solenóides. 8.1. De Ação Direta: Aplicado apenas às válvulas de pequeno porte, a força eletromagnética criada pela bobina é capaz de imantar a armadura, levantar o diafragma e abrir a válvula diretamente. Neste caso, o diferencial mínimo para abrir a válvula é zero.

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Veja a sequência de desenhos a seguir para um melhor entendimento:

8.2. Servo-Operadas: Aplicado às válvulas de maior porte, a força eletromagnética criada pela bobina, capaz apenas de imantar a armadura, abre um canal de equalização entre a pressão na entrada da válvula (Pent = Psaída - ∆Perda da válvula) e o lado de cima do diafragma. Se a pressão na entrada (pressão exercida no lado inferior do diafragma) for maior que a pressão do lado de cima (Psaída) somada à força da mola, o diafragma levanta e a válvula abre. Normalmente se exige nestes casos um diferencial mínimo de 0,05 bar (válvulas com diafragma) a 0,20 bar (válvulas com pistão). Veja a sequência de desenhos a seguir para um melhor entendimento:

1 2

3 4

5

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1 2

34

5 6

7

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8.3. Pilotadas: Aplicado em sistemas de refrigeração de grande porte aonde as válvulas simples não tem capacidade suficiente. Nestes casos se utiliza uma válvula principal ICS com um piloto solenóide EVM. Ao se energizar a bobina do piloto, abre-se um canal que permite a pressão do gás na entrada da válvula ICS penetrar até a o lado superior do pistão, forçando a válvula principal abrir. Estas válvulas também seguem o princípio das válvulas servo-operadas. Veja um desenho esquemático:

ESQUEMA USADO NOS FLUXOGRAMAS

VÁLVULA PRINCIPAL ICS + PILOTO EVM 8.4. Acionadas por Gás Quente: Aplicadas em sistemas de refrigeração de grande porte, normalmente nas linhas de sucção para efeito de bloquear a saída do evaporador, permitindo a operação do degelo automático. Este tipo de válvula tem sua abertura obtida pela ação da pressão de gás quente, que é tomado na linha de descarga dos compressores ou do reservatório de líquido, ou seja, pressões da ordem de 10 a 12,5 bar. Isto significa que mesmo tomando-se uma válvula de maior tamanho, ela não necessita de um ∆P mínimo para abrir, porque é a pressão do gás quente que empurra o pistão. Assim sendo, qual vantagem teríamos de trabalhar com uma válvula acionada por gás quente em comparação com uma servo-operada? Para tanto, vamos estudar o seguinte problema: Tomemos uma instalação que trabalhasse em dois regimes de evaporação com amônia: -10º C e -35º C. Além disso, vamos admitir que existam entre o evaporador e o separador de líquido duas linhas de sucção possíveis de serem utilizadas, com um tipo de válvula solenóide em cada linha devidamente montadas com válvulas de bloqueio para permitir a manobra hora de um lado, hora do outro. Uma das válvulas solenóides é uma ICS + EVM (servo-operada) e a outra é uma GPLX (acionamento por gás quente).

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Desenhe o fluxograma deste sistema:

Supondo que do selecionamento obteve-se os valores de perda de carga através de cada válvula: A) ICS + EVM: 0,20 bar B) GPLX: 0,05 bar

Agora, usando a tabela de vapor saturado da amônia acima e considerando que obrigatoriamente você tenha que manter as temperaturas de evaporação mencionadas no evaporador, complete a planilha a seguir:

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SERVO-OPERADA ACIONADA POR GÁS QUENTE

Pev Psuc Tsuc Pev Psuc Tsuc - 10º C - 35º C

A que conclusão chegamos? _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

As válvulas solenóides acionadas por gás quente também devem possuir uma característica que

traga segurança de operação e menores riscos de golpes de aríete na linha quando a mesma volta a abrir, após o processo de degelo. Note que durante o degelo, a pressão do lado do evaporador deve ser de 5 a 7 barg, enquanto a jusante da válvula, nós ainda temos a pressão do separador de líquido, que como vimos no exemplo anterior, se a temperatura for -35º C, a pressão é de 0,07 barg. Para se evitar esse golpe de pressão, recomenda-se o uso de válvulas que abram em dois estágios. Um inicial para uma equalização interna e um segundo em que o pistão abre totalmente. Vejamos o desenho a seguir:

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IV. Comandos Elétricos: 1. Introdução: Finalizado a apresentação dos diversos controles aplicados à refrigeração, fica evidente que a parte elétrica está intimamente ligada a eles e a lógica das ligações e intertravamentos elétricos é que viabilizará o funcionamento de todo o sistema de controle. Por outro lado, também vemos que os controles fazem parte integrante dos esquemas elétricos e, portanto se faz necessário saber interpretá-los. Assim, sem qualquer pretensão de nos aprofundarmos nesta matéria, vamos apresentá-la de uma forma simplificada. 2. Componentes Principais: 2.1. Fusíveis: São dispositivos usados para proteção dos condutores contra curtos-circuitos. Consta de um filamento que se rompe ao ser atravessado por uma corrente acima da sua característica. Os fusíveis mais empregados em instalações industriais por serem de maior precisão são o “Diazed” e o “NH”. Os de ação retardada são aplicáveis a motores, porque a corrente de partida normalmente é alta, algo em torno de 7 vezes a corrente nominal, sem ter ocorrido um curto-circuito. 2.2. Relés Térmicos: A proteção contra a sobrecarga e falta de fase é realizada através do relé térmico, que se instala entre o contator magnético e a carga (motores, resistências, etc). O relé é composto de lâminas bimetálicas que, em caso de um sobreaquecimento, interrompem o circuito. O relé possui uma faixa de regulagem para ajuste da corrente de desligamento. 2.3. Contatores Magnéticos: Muitas vezes temos a necessidade de comandar circuitos elétricos à distância (controle remoto), quer manual ou automático. Os contatores magnéticos são dispositivos com dois circuitos básicos: de comando e de força, que se prestam a esse objetivo. O circuito de comando opera com corrente pequena, apenas o suficiente para operar uma bobina, que fecha o contato do circuito de força. Os contatores tripolares possuem três contatos normalmente abertos NA, destinados à ligação da carga, que se fecham quando o contator é energizado, e alguns outros contatos adicionais, que podem ser NF ou NA, conforme a necessidade. Quando se precisa de contatos adicionais, pode-se recorrer aos contatores chamados auxiliares. Esquematicamente podemos representar o circuito de um contator como segue ao lado. Para partir o motor, se aciona o botão liga da botoeira “b1”. Nesse momento a bobina é energizada pelas fases S (passando pelo fusível e21) e R (passando pelo contato fechado do relé térmico; pelo botão desliga da botoeira “b0”; e finalmente pelo outro fusível e21. Assim, os contatos “NA” de força e comando da contatora se fecham e o motor parte. Como o botão liga da botoeira tem retorno por mola, ele volta a abrir o contato,

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quando é desapertado, mas a bobina permanece energizada pelas mesmas fases, só que agora a corrente para chegar à fase R, faz o caminho: contato fechado do relé térmico; contato auxiliar “NA”, que agora se encontra fechado; botão desliga da botoeira “b0”; e finalmente pelo outro fusível e21. Para parar o motor, basta acionar o botão desliga da botoeira, que corta a energia da bobina, provocando a abertura de todos os contatos de alimentação do motor. 3. Esquema de Partida de Motores e Outras Cargas à Distância: 3.1. Circuito de Força e Comando: Conforme visto no tópico anterior, motores e outras cargas diversas são ligados à distância se utilizando os contatores magnéticos. Embora o esquema elétrico anterior seja completo, representando o circuito de força e de comando, o normal é empregarmos dois tipos de esquemas elétricos separadamente, um só de força e outro exclusivo da parte de comando. Então vejamos com se apresentam estes esquemas:

3.2. Intertravamentos: Os intertravamentos são muito usados nos sistemas elétricos, sendo formas de ligações tais que um equipamento parte na dependência do outro partir primeiro. Vamos analisar um sistema de refrigeração típico com moto-compressor, condensador a ar e evaporador. O compressor não pode ser ligado antes do condensador, porque a pressão de descarga poderia subir muito, resultando em danos para o sistema. Deste modo, tem-se que criar um esquema, que só se permita ligar o condensador primeiramente, para depois poder-se partir o compressor. Para um melhor entendimento deste ponto, vamos analisar o esquema elétrico a seguir:

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Responda as questões abaixo:

1. O ventilador do evaporador está intertravado com outro equipamento? ____. Qual? _______

2. O ventilador do condensador está intertravado com outro equipamento? ____. Qual? ______

3. O compressor está intertravado com outro equipamento? ____. Qual? __________________

4. Explique como foi feito o intertravamento do compressor com o condensador:

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Exercício: Descreva detalhadamente a sequência de funcionamento do esquema elétrico de força e comando a abaixo:

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4. Esquemas Elétricos Usuais em Refrigeração: A seguir vamos mostrar alguns esquemas elétricos que são normalmente empregados nas instalações de refrigeração: 4.1. Circuito de comando de um Compressor de Refrigeração Indl:

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4.2. Circuito de Comando de uma Central de Água Gelada:

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4.3. Circuito de Comando de um Chiller:

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4.4. Circuito de Comando de uma Central de Ar Condicionado