MATERIAIS METLICOS

Introduo aos ciclos de refrigerao1- Termos e definies em frio e climatizao

Absoro Adeso de molculas de gases ou substncias dissolvidas, superfcie dos corpos slidos, resultando numa concentrao de gs ou soluo, no local de contacto.

Absorsor So dispositivos que se colocam normalmente sada das unidades de ventilao de modo a eliminarem ou reduzirem ao mximo a transmisso de rudo pelo sistema.

Absorvedor Um recipiente contendo lquido para absorver vapor de refrigerante.

Absorvente Uma substncia prontamente capaz de captar e reter humidade da atmosfera.

Acidez A qualidade, estado ou grau de ser cido. Nos leos, a acidez denota a presena de partculas tipo cido cuja concentrao normalmente definida em termos de nmero de neutralizao.

Acumulador Tanque de Armazenamento, localizado numa linha de suco, que recebe o lquido refrigerante do evaporador e o separa do gs de suco, impedindo assim que entre lquido no condensador antes da vaporizao.

Adiabtica Referente a uma alterao nas condies gasosas que no envolve ganhos ou perdas de calor.

Adsorvente Um produto que no muda fsica ou quimicamente ao extrair vapor de gua ou ao libert-lo no ar.

Aerao Combinar ou carregar uma substncia com um gs.

Aerossol Suspenso fina de partculas em ar ou gs

AFLU (Annual Fuel Utilization Efficiency) uma taxa que reflecte a eficincia de um gs em converter combustvel em energia. Uma taxa de 90 significa que aproximadamente 90% do combustvel utilizado para fornecer calor, enquanto que os restantes 10% escapam por exausto.

Agitao Condio em que um dispositivo provoca circulao em um tanque contendo fludo.

Agitador Equipamento utilizado para agitar o fluido nas tubagens

Anemmetro Instrumento para medio da velocidade do ar em movimento.

Antracite Carvo encontrado nas profundidades da Terra. Queima com uma chama muito pequena, com valores de aquecimento que rondam geralmente os 12.000-15.000 BTU/ton

APIRAC A APIRAC a Associao Portuguesa da Indstria de Refrigerao e Ar Condicionado

Aquecimento radiante O Aquecimento Radiante um sistema de utilizao de Gs Natural especialmente indicado para o aquecimento de espaos de elevado p-direito e que permite obter economias de energia at 50 % comparativamente a sistemas tradicionais de aquecimento por conveco de ar quente.

Ar Gs incolor, sem odor e sem sabor. Mistura de vrios gases individuais que rodeiam a Terra. As condies standard para a espectroscopia do ar so: 101,325 kPa, 15C, 0,03 % CO2, seco.

Bar Unidade de presso igual presso atmosfrica ao nvel do mar; 1 bar equivalente a 0,987 atmosferas ou 10,000 newton por metro quadrado.

Barmetro Instrumento para medio de presses absolutas. O barmetro indica quanto a presso superior do vcuo.

Bomba um equipamento que tem como funes a elevao de lquidos ou a recirculao de fluidos

Bomba de Calor uma mquina trmica capaz de transferir calor de uma fonte fria a outra mais quente.

BTU British thermal Unit. Unidade trmica inglesa. a quantidade de calor necessrio para retirar a 1 libra de gua, para diminuir a sua temperatura 1F. Um BTU equivalente a 0,252 kcal.

Bujo Fusvel O bujo fusvel necessrio nos condensadores ou nos receptores de lquido, dado existir a possibilidade do interruptor duplo de presso estar mal montado ou poder falhar. frequentemente utilizado em sistemas pequenos de refrigerao em vez de uma vlvula de segurana. So instalados numa extremidade do receptor de lquidos.

Caixas de Mistura So dispositivos atravs dos quais se faz o aproveitamento de parte do ar ou gases que so expelidos para o exterior, misturando-os depois com o ar novo que ir entrar no circuito, recuperando tambm parte da energia neles contida.

Caixas de Ventilao So dispositivos atravs dos quais se faz a ventilao propriamente dita, e so constitudas por uma caixa metlica na qual est montado um ventilador.

Calor a energia que se liberta quando tem lugar a reaco qumica que se produz ao queimar Carbono e Hidrognio de um combustvel combinando-o com Oxignio de um comburente. A unidade de medida do calor a quilocaloria (kcal).

Calor de Condensao o calor que se desprende quando um vapor se condensa em lquido.

Calor de Diluio o calor que de desprende quando dois lquidos so misturados. Isto muitas vezes referido como calor de absoro porque no processo de mistura um lquido pode absorver o outro.

Caloria Uma caloria a quantidade de calor necessria a fornecer a 1 kg de gua a 15C para aumentar a temperatura de 1C. equivalente a 4 BTU.

Calor latente Calor fornecido a uma substncia durante uma mudana de estado, que no pode ser detectado por uma variao de temperatura, permanece dormente na substncia a que foi fornecido e s pode ser recuperado mudando a substncia de novo para o seu estado original.

Calor sensvel Calor que altera a temperatura de uma substncia, e assim chamado dado que os todos os sentidos humanos do conta da sua presena.

Calor total a soma do calor latente e sensvel.

Calor especfico a quantidade de calor, em quilojoule, necessria para elevar de um grau Celsius a temperatura de um quilograma de uma substncia qualquer.

Calor de Reaco A quantidade de calor libertado quando certas substncias qumicas entram em contacto umas com as outras.

Capacidade Calorfica Representa-se por C a capacidade calorfica do material como sendo a energia necessria para o sistema aumentar a sua temperatura em um grau centgrado. A capacidade calorfica depende do material em considerao.

Carvo Activado Carvo especial produzido para ser utilizado como filtro para eliminar odores desagradveis, purificando o ar.

Caudal a quantidade de ar movimentado por unidade de tempo Mede-se em m3/h

Chamin A chamin uma conduta vertical cuja funo a de conduzir os gases de combusto ao exterior. Ligam-se a ela as condutas de evacuao precedentes de uma ou vrias caldeiras.

Ciclo de Carnot A eficincia do ciclo apenas funo das temperaturas da fonte quente e da fonte fria. Utilizando este ciclo para as temperaturas de operao numa converso energtica determina-se a eficincia mxima que teoricamente a transformao em estudo poderia atingir. O ciclo processa-se atravs de duas curvas isotrmicas reversveis e duas adiabticas reversveis.

Ciclo de Refrigerao Os componentes mnimos para este ciclo incluem o compressor, condensador, vlvula de expanso e evaporador. O ciclo ideal considera transferncias de calor no condensador e no evaporador sem perdas de presso, um compressor reversvel adiabtico (isoentrpico), e uma vlvula de expanso adiabtica, ligados por um sistema de tubagens sem perdas de presso nem transferncias de calor. O fluido sai do evaporador com baixa presso e temperatura e vapor saturado entra no compressor. Ao sair do compressor com temperaturas e presses elevadas e vapor sobreaquecido e entra no condensador onde a presso constante condensado. Sa do condensador com presso elevada, temperatura mdia e liquido saturado e entra na vlvula de expanso de onde sai com baixa presso, temperatura e qualidade de vapor.

Circuito de Fumos O circuito de fumos pode adoptar desenhos diversos, sendo o objectivo conseguir a mxima transmisso do calor dos fumos procedentes da combusto. Este circuito oferece a mnima resistncia passagem dos gases de combusto (praticamente nula) para que se possa fazer chama nos queimadores sem dificuldades.

COD- Coeficiente de Desempenho o quociente entre o efeito refrigerante e o trabalho fornecido, com o efeito refrigerante e o trabalho expressos nas mesmas unidades trmicas. O COD um meio til para comparar o desempenho de vrios ciclos, sendo tambm de grande valor para prever o efeito da alterao de variveis de operao como sejam por exemplo a diferena do nvel de presso, a temperatura do evaporador e a velocidade do compressor. O mesmo que COP - Coeficiente de Performance. Coeficiente total de Transferncia de Calor o fluxo de calor em watts atravs de um metro quadrado quando a diferena de temperatura do ar nos dois lados da parede ou telhado de um grau.

Coluna de gua Aparelho para medio de baixas presses (B.P.), ou seja quando a presso esttica na rede inferior a 500 mm. c.a. (0,05 kg/cm2). Medido em mm.c.a. o resultado da medio muito exacto.

Comburente uma mistura proporcional de gases que contm o oxignio (O2) necessrio para produzir uma determinada combusto. O mais utilizado o ar, formado por 21% de Oxignio e 79% de Nitrognio, aproximadamente.

Combusto a reaco qumica (oxidao rpida) que se produz ao queimar Carbono e Hidrognio que esto presentes numa forma de energia chamada combustvel ao combinar com o oxignio do comburente. O resultado desta reaco , por um lado, a emisso de gases (fumos) de combusto e, por outro, a libertao de energia denominada calor.

Combustvel toda a forma de energia composta fundamentalmente por Carbono e Hidrognio que, ao combinar com Oxignio, com libertao de calor, produz a reaco denominada combusto.

Compactas Estas unidades tm a possibilidade de acoplar condutas no evaporador e no condensador, e so especialmente desenhadas para interiores quando fornecidas em compactas. As unidades compactas, tipo armrio esto adaptadas para uma grande diversidade de instalaes.

Compresso Adiabtica Compresso de gs refrigerante sem retirar ou adicionar calor

Compressores Hermticos Os compressores hermticos podem ser de dois tipos: Alternativo e Rotativo. Este tipo de compressores apresenta vrias vantagens em relao ao compressor aberto. Como no existe vedante do eixo, no h fugas entre a cambota e a carcaa do compressor. A lubrificao muito simples dado que so necessrios dois apoios para suportar o motor e o compressor. Os compressores funcionam a um nvel de rudo inferior porque o motor e o compressor ficam isolados dentro de uma caixa. Dado que se podem eliminar as dificuldades de alinhamento a vibrao normalmente reduzida ao mnimo.

Concentrador Um recipiente contendo uma soluo de absorvente e refrigerante ao qual fornecido calor com a finalidade de retirar por fervura algum refrigerante.

Condensador A finalidade primria do condensador liquefazer o vapor refrigerante. O calor adicionado a refrigerante no evaporador e no compressor deve ser transferido, no condensador, para outro meio. Este meio o ar ou a gua escolhidos para arrefecer o condensador.

Condensador Evaporativo um tipo de condensador arrefecido a gua, que oferece um meio de combinar o condensador e a torre de arrefecimento numa pea. A funo da gua de manter hmida a superfcie da serpentina e transferir o calor para a corrente de ar. O condensador evaporativo pode ser montado no exterior ou numa sala interior de equipamentos.

Condies de prova Normas So as frigorias hora produzidas por um condicionador a 35C (95F) de temperatura seca exterior e 23,8 C (75F) de temperatura hmida exterior, com o ar ambiente recirculado a 26,6 C (80F) de temperatura seca e 19,4C (67F) de temperatura hmida.

Conduta As condutas so elementos que conduzem os fluidos, isolando-os das condies exteriores, mantendo a velocidade, temperatura, presso, etc., o mais constante possvel. Podem apresentar vrios perfis: rectangular, circular spiro e oval spiroval.

Condutas de Chapa Metlica - O ao galvanizado ou inoxidvel, o cobre e ligas de ao e o alumnio so materiais utilizados na fabricao de condutas para distribuio de ar, sendo o primeiro o mais usual. Estas condutas podem ser isoladas ou no, em funo do grau de isolamento trmico e de absoro sonora que se deseje. As condutas em chapa classificam-se de acordo com a presso mxima e velocidade do ar: o grau de estanquecidade, os sistemas de montagem e tipos de reforos vm definidos em normas especficas.

Condutas em L de Vidro Painis rgidos em l de vidro aglomerados com resinas termoendurecveis. O exterior das condutas est coberta por um complexo que actua como barreira e proporciona estanquecidade da conduta. O interior pode aparecer sem revestimento, com revestimento de l de vidro ou com um complexo de alumnio. Este tipo de condutas utilizado para distribuio de ar em instalaes de climatizao e ventilao.

Condutncia a taxa de fluxo de calor em watts atravs de um metro quadrado de material no homogneo de uma certa espessura para um grau de diferena de temperaturas entre as duas faces do material.

Condutividade a quantidade de calor, em watts, que flu atravs de um material homogneo de um milmetro de espessura, com a rea de um metro quadrado e quando a diferena de temperatura entre as faces um grau.

Condutividade Trmica a capacidade que uma substncia possui para transmitir calor por conduo. geralmente simbolizada com a letra k.

Conforto No existe nenhuma regra rgida que nos indique quais as melhores condies atmosfricas para o conforto de todas as pessoas. O conforto de um indivduo afectado mediante vrios factores: sade, idade, actividade, roupas, sexo, etc.

COP - Coeficiente de energia a relao entre a potncia calorfica total dissipada em watts e a potncia elctrica total consumida (W), durante um perodo tpico de funcionamento.

Corpo da Caldeira no corpo da caldeira que a troca de calor entre a combusto e o fluido da instalao (gua quente). O desenho da caldeira tem efeitos directos no rendimento da mesma formado por um circuito de fumos e a cmara de combusto.

Conveco Movimentao de um determinado fluido conduzido por gradientes de temperatura; a transferncia de calor feita do corpo de maior temperatura para o de menor.

Curvas So acessrios que facilitam a montagem do sistema de condutas, acompanhando os possveis desnveis, utilizados ainda para ligao a novas condutas, etc. So geralmente feitas em chapas de ao galvanizado.

Densidade relativa o valor que resulta da relao entre o peso de um volume de gs e um igual volume de ar seco, a uma presso de 760 mm de mercrio e uma temperatura de 0C.

Detector Electrnico de Fugas Os detectores electrnicos permitem visualizar se existem fugas. So montados de tal modo que se existir vapor de refrigerante solto, o dispositivo gera um sinal visvel ou sonoro.

Detectores de Vazamento Os detectores de vazamento, embora no constituindo elementos cruciais num sistema de refrigerao so importantes na deteco de fugas garantindo estanquecidade ao sistema. Existem dois tipos de detectores de vazamento: As lmpadas de halogneo e o detector electrnico de fugas.

Diferena Psicomtrica a diferena de temperatura entre o termmetro seco e o termmetro hmido.

Difusor So dispositivos de distribuio localizada que permitem uma distribuio homognea por um determinado espao. Podem ser de vrios tipos: circulares, quadrados, rectangulares e lineares.

Elemento rotativo a pea do ventilador que gira em torno do seu prprio eixo. Pode ser um rotor ou uma hlice.

Extractores So os ventiladores em que a boca de aspirao est ligada a uma conduta e a boca de descarga est ligada a um espao livre.EMCd Motor programado de fbrica e que permite seleccionar um caudal de forma discreta (d) entre 12 possibilidades distintas, resultante da combinao de 4 caudais de base (activados por 2 micro-interruptores); 3 coeficientes multiplicadores (activados por outros 2 micro-interruptores) permitindo 100%, 75% e 50% do caudal de base.

EMCc Motor programado de fbrica e que permite seleccionar diferentes caudais, de forma a funcionar continuamente (c), qualquer que seja a variao dos outros parmetros (presso esttica, por exemplo). A adaptao a um caudal contnuo pr-programado feito graas possibilidade de recepo de sinais de sondas e incluso de um potencimetro no microprocessador incorporado no motor.

Entropia A entropia mede a desordem molecular de um dado sistema. Quanto mais desordenado um sistema for maior ser a sua entropia, contrariamente um sistema ordenado tem baixa entropia.

Entalpia uma propriedade das substncias que indica a quantidade de calor e de grande utilidade para determinar a quantidade de calor necessrio para certos processos.

Energia a capacidade de produzir um efeito, e pode ser de forma transitria ou permanente. As formas permanentes incluem: energia interna, potencial, cintica, qumica e nuclear. A energia transitria pode ser por exemplo o calor, trabalho, energia mecnica, etc.

Energia Interna a energia de um sistema provocada pela movimentao das molculas e/ou foras intermoleculares.

Energia Potencial Energia de um sistema causada pelas foras de atraco existentes entre as molculas, ou pela elevao do sistema (Ep = mgh)

Energia Cintica Energia de um sistema provocado pelo rearranjo dos tomos que compem as molculas.

Escala de Fahrenheit Esta escala tem a funo de medir temperaturas e obtm-se marcando a posio do mercrio quando o termmetro mergulhado em gua em ebulio. Esta marca de 212 F. Mergulha-se depois o termmetro num banho de gelo e marca-se novamente a posio do mercrio. Esta segunda marca 32F. O espao entre estas duas marcaes dividido em 180 intervalos. Cada um destes intervalos chamado um grau Fahrenheit.

Escala de Celsius Esta escala tem a funo de medir temperaturas sendo a escala de temperaturas mais usada. utilizada na Europa e em trabalhos cientficos nos Estados Unidos da Amrica. Esta escala calibrada dividindo o espao entre as marcas do ponto de ebulio e do ponto de congelamento em 100 graus. A marca no ponto de congelamento da gua de 0C.

Efeito Refrigerante a quantidade de calor que cada kg de refrigerante absorve ao passar atravs do evaporador.

Equilbrio Dinmico Quando o equipamento no se encontra em equilbrio dinmico, fcil a sua deteco dado que se torna audvel as variaes de rudo provocados pela movimentao de ar.

Equilbrio Esttico necessrio que exista equilbrio esttico dado que este permite que o desgaste e runa prematuros do equipamento seja retardado, pois no existem foras de traco, compresso e centrfugas. Este equilbrio efectuado com equipamento especial, sendo a sua deteco e anlise difcil de visualizar.

Evaporao Passagem de um lquido ao estado de vapor.

Evaporador Um recipiente no qual o refrigerante vaporizado para produzir efeito de refrigerao.

Filtros So elementos utilizados para a remoo das pequenas partculas em suspenso existentes no ar, bem como dos agentes microbiais a existentes, evitando a degradao antecipada dos equipamentos ou a contaminao dos espaos.

Filtros Absolutos Estes filtros empregam-se apenas quando se requer um tipo de ar sem nenhum grau de contaminao. A eficcia dos filtros absolutos encontra-se entre os 95% (para partculas de 0,3 mn) e 99,99995% (para partculas menores ou iguais a 0,12 mn).

Frio Frio, por definio, no existe. simplesmente ausncia de calor.

Frigoria Uma frigoria a quantidade de calor necessria a retirar a 1 kg de gua a 15C para diminuir a temperatura de 1C. equivalente a 4 BTU.

Grfico Psicromtrico O grfico psicromtrico uma representao grfica das propriedades termodinmicas da mistura de ar. As suas distintas caractersticas tm valor prtico na resoluo de problemas de engenharia.

Grelhas de Impulso Estes dispositivos tm como funo a distribuio do ar pelo espao.

Grelhas Lineares So dispositivos para descarga de ar, normalmente, formando envolventes de indutores, fan-coils, cortinas de ar, etc. Alm do seu notvel efeito decorativo, oferecem uma soluo de conforto muito elevado.

Grelhas de Retorno Estes dispositivos tm como funo a captao do ar e retorno de s unidades de ventilao.

Hlice Quando a direco de sada do ar impulsionado paralela ao eixo do ventilador (direco axial). Geralmente a hlice pode mover uma grande quantidade de ar comunicando ao mesmo uma pequena presso.

Hotte So equipamentos cuja funo a de captar fumos e gorduras. As hottes variam de acordo com as necessidades e os espaos disponveis no local a instalar. So constitudas por uma caixa de recolha de fumos, por filtros, por uma calha para recolha de gorduras, e por uma rea de captao. Existem vrios tipos de hottes: parietal, central, compensada, indutora, etc.

Hotte Central Este tipo de hotte apresenta as mesmas vantagens da hotte parietal, diferindo na disposio no espao a instalar, dado que colocada ao centro.

Hotte Compensada So hottes monoblocos ou bipartidas, de montagem central ou parietal, e que diferem das hottes tradicionais no aspecto construtivo e dimensional da caixa de recolha de fumos. A caixa de recolha dividida em duas partes, em que a parte de insuflao possui grelhas do tipo persiana, que fazem circular o ar no exterior da hotte.

Hotte Indutora As hottes indutoras so divididas em duas ou trs partes mediante o tipo de montagem parietal ou central. O corpo da hotte possui uma dupla parede que cria uma conduta que termina junto s abas laterais, cujo formato rectangular preenchido por uma grelha de insuflao. O ar circula apenas no interior da hotte.

Hotte Parietal O ventilador neste tipo de hottes tem outra forma de montagem designada "gaiola de esquilo", em que a exausto realizada por um ventilador centrfugo no montado interior da hotte, entre os filtros e a caixa de recolha de fumos. O ventilador est ligado a uma conduta que dirige o ar directamente para o exterior.

Humidade a quantidade de vapor de gua que o ar contm.

Humidade absoluta a massa do vapor de gua por unidade de volume de ar. Unidades g/m3 ou kg/m3.

Humidade especfica a massa de vapor de gua por unidade de massa de ar seco. Unidades g/kg ar seco ou kg/kg ar seco.

Humidade relativa a relao entre a presso real do vapor de gua contida no ar hmido e a presso do vapor saturado mesma temperatura, em %.

Humidificador A funo deste aparelho a de humidificar o ar. Por exemplo quando se pretende arrefecer o ar, basta humidific-lo, poupando-se uma quantidade significativa de energia. O humidificador constitudo por um tubo com pequenos furos, cuja funo a de pulverizar a gua em gotculas (vapor) que vo ser arrastadas com a passagem do ar. Possui ainda uma bateria que retm o excesso de gua.

Impulsores So os ventiladores em que a boca de aspirao se encontra directamente ligada a um espao livre, estando a boca de descarga ligada a uma conduta.

Impulsores Extractores "in line" So os ventiladores em que tanto a boca de aspirao como a de descarga esto ligadas a uma conduta.

ndice de Delbourg (D) ndice de Delbourg ou tambm Potncia de Combusto, o ndice de proporcionalidade entre os valores da mistura ar-gs e, portanto, da sua velocidade de combusto e de equilbrio com a velocidade de sada do gs para produzir uma chama estvel.

ndice de Wobbe (W) a relao entre o poder calorfico superior do gs e a raiz quadrada da sua densidade relativa ao ar.

Infiltrao chamada infiltrao ao ar que entra num edifcio atravs de pequenas fendas ao redor dos caixilhos e de portas.

Injectoconvectores Estas unidades distinguem-se dos ventiloconvectores pela substituio do ventilador por injectores que transportam ar primrio a alta velocidade. Este ar cria uma depresso suficiente para arrastar o ar recirculado da sala. O ar depois de misturado passa pela bateria e impulsionado novamente na sala.

Kelvin (K) Zero K o zero absoluto; o gelo derrete a 273 K (0C, 32F), a gua ferve a 373 K (100 C, 212 F).

L de Vidro A l de vidro utilizada como isolador trmico e acstico. Quando as condutas so revestidas pelo exterior actua como isolante trmica podem ser aplicadas na forma de mantas ligeiras, que incorporam uma barreira ao vapor de gua. Colocada no interior actua principalmente como absorvente acstico e pode apresentar-se como forma de filtro reforado com pelcula plstica protectora.

Lavadores Os lavadores de ar podem ser utilizados no s para desumidificao de ar com gua fria, mas tambm para humidificao do ar a gua quente.

Leis dos Gases Ideais Um gs diz-se ideal quando a fora de interaco entre molculas, consideradas pontuais, so desprezveis. Uma mole de qualquer gs (ideal) ocupa sempre o mesmo volume (22.4 l em condies normais de p e T). Ento, em geral, havendo n moles, a equao dos gases ideais escreve-se pV = n R T

Lmpadas de halogneo As lmpadas de halogneo so detectores de vazamento feitas para utilizao com lcool ou com acetileno. Arde normalmente com uma chama azul, mas se vazar, mesmo quantidades pequenas, a chama ganha uma cor verde.

Manmetros Aparelho para medio de baixas presses (B.P.) ou mdias presses do tipo A (M.P.A) ou seja, para presses inferiores a 4.000 mm c.a. (0,4 kg/cm2). Podem ser graduados em mm c.a., g/cm2 ou mbar.

Milibar Isto 1/1000 de um bar; a presso standard ao nvel do mar de 1,013 milibars.

Motor o componente que acciona a hlice ou o rotor

PAC's Os PAC's (Packaged Air Conditioner) so equipamentos de Ar condicionado de utilizao Comercial

Perdas de Carga As perdas de carga podem ser de dois tipos: pelo contacto com as paredes (resistncia linear) ou irregularidades no sistema como seco, estrangulamentos, curvas, etc (resistncias localizada). As perdas de carga so as foras que oferecem resistncia passagem de um fludo.

Permutador de Calor Um dispositivo usado para transferir calor entre dois fluidos fisicamente separados

Poder Calorfico a capacidade que tem um combustvel de gerar calor ao realizar a sua combusto.

Poder Calorfico Superior a energia calorfica total que se liberta da combusto de uma unidade de volume de combustvel em condies normais. Inclui o calor de condensao extrado do vapor de gua que se gera na combusto.

Poder Calorfico Inferior a energia calorfica (considerada normalmente til) que se liberta da combusto de uma unidade de volume de gs, em condies normais. No inclui o calor de condensao do vapor de gua que se gera na combusto, e que usualmente, se evacua e se perde atravs da chamin.

POE (Polyolester) Tipo de leo de Compressor compatvel com os refrigerantes R-134a e R-12, assim como resduos de leos minerais que podem ainda encontrar-se no sistema de Ar Condicionado. O leo POE geralmente utilizado para substituir um refrigerante antigo num Sistema de Ar Condicionado.

Potncia Nominal o produto resultante da potncia obtida ao queimar uma quantidade horria de gs e do seu poder calorfico inferior. No inclui o calor latente contido no vapor de gua dos gases de combusto, que se evacuam pela chamin.

Potncia til (Pu) a energia calorfica realmente aproveitada da combusto horria de um gs no gerador.

Pr-Filtros So filtros destinados eliminao de p e partculas grossas contidas no ar atmosfrico. So analisados segundo o mtodo ASHRAE 52/76 (Gravimtrica) e tm uma eficcia Gravimtrica (EG) compreendida entre 50 e 95%

Presso (P) a fora exercida pela massa de ar por unidade de superfcie. Corresponde energia por unidade de volule de fluido. Mede-se em Kg/m2, mas a unidade mais usada em milmetros de coluna de gua (mm.c.a.) ou Pascal (Pa). 1Kg/m2 = 1 mm.c.a.

Presso Atmosfrica A massa de ar que rodeia a Terra exerce sobre a sua superfcie uma presso que, logicamente, menor quanto maior for a altitude do lugar considerado. Assim, a presso atmosfrica tem o seu valor mximo ao nvel do mar e vai diminuindo medida que aumenta a altitude. Em qualquer caso, a presso equivalente ao peso de uma coluna de ar de toda a altura da atmosfera sobre a unidade de superfcie (cm2). Ao nvel do mar e a uma latitude de 45 a presso atmosfrica de 1,033 kg/cm2 (= 1 Atmosfera)

Presso Dinmica (Pd) a presso devida velocidade da massa de ar em movimento e que se manifesta no sentido do escoamento. sempre positiva.

Presso Esttica (Pe): o valor da fora exercida pela massa de ar movimentado nas condutas ou paredes que o contm. positiva quando maior que a Presso Atmosfrica, e diremos que a conduta ou recinto est em sobrepresso, e negativa quando menor que a presso atmosfrica, e dizemos que as condutas, ou recinto, esto em depresso.

Presso Total(Pt) a soma algbrica da Presso Esttica com a Presso Dinmica:

Primeira Famlia de Gases Pertencem a ela os chamados Gases Manufacturados, por ter-se obtido mediante diferentes processos de fabricao. So por exemplo o gs de cidade, ar metano, ar propano e ar butano.

Princpio da Conservao da Energia Uma certa quantidade de energia pode ser sempre convertida em exactamente igual quantidade de energia (pode ser outra forma diferente de energia). Por exemplo: O calor nunca se perde. Sem excepo, o calor apenas pode ser transferido de um objecto para outro.

Queimadores Os queimadores so utilizados para a combusto do gs. Actualmente existe uma grande variedade de queimadores podendo ser classificados em queimadores atmosfricos e queimadores mecnicos.

Queimadores Atmosfricos Neste tipo de queimadores o ar primrio introduz-se no tubo de mistura gs-ar devido ao efeito Venturi que se consegue com a presso de sada do gs pelo injector e o "pescoo" de Venturi.

Queimadores Mecnicos Estes queimadores tm o nome de Queimadores Mecnicos dado que o ar necessrio para a combusto introduz-se mecanicamente por um ventilador. Geralmente uma parte deste ar mistura-se com o gs antes da ignio (ar primrio), enquanto que o resto (ar secundrio) junta-se combusto uma vez formada a chama.

R-134a muito utilizado em vrias reas: frigorficos, ar condicionado para automveis, propulsor de aerossis farmacuticos, etc. No contm CFC'S nem HCFC's.

R-22 O gs refrigerante R-22 foi utilizado normalmente em sistemas de ar condicionado em residncias e edifcios comerciais. No tem cheiro caracterstico, no inflamvel nem combustvel sendo a sua temperatura de ebulio em C de -40,6 a presso normal.

R-407C Este gs refrigerante constitudo por uma mistura de outros trs gases: R-32, R-125 e R-134a. Possui propriedades termodinmicas muito idnticas s do R-22.

R-410a um refrigerante com grande rendimento energtico, que por ser uma mistura nica permite ganhos em manutenes futuras. No txico, nem inflamvel, nem contm CFC's ou HCFC's e podendo ser reciclado e reutilizado.

RAC's Os RAC's (Room Air Conditioner) so Equipamentos de Ar Condicionado de uso domstico

Reactivar Juntar calor a um adsorvente para lhe retirar a humidade e assim poder ser usado de novo.

Receptores Os receptores so utilizados para receber o refrigerante usado no sistema (condensadores evaporativos, condensadores arrefecidos a ar ou condensadores de tubo, que em que o refrigerante no sofre subarrefecimento), ou ainda para armazenar a carga total de refrigerante durante um perodo em que o sistema esvaziado.

Recuperadores de Energia So dispositivos que tm como funo recuperar grande parte da energia existente no ar ou gases que vo ser expelidos para o exterior da sala, fornecendo essa energia ao ar novo que ir entrar na sala a ventilar. Este aparelho permite reduzir o consumo de energia necessria para tratar esse mesmo ar.

Regenerar Juntar calor a uma soluo absorvente-gua para evaporar alguma da gua e assim o absorvente pode ser de novo usado.

Registos Tm como funo controlar os caudais de ar em condutas ou sadas, como grelhas e difusores. Pode ser regulado mecnica ou manualmente, sendo o caudal varivel de zero at ao valor mximo.

Registos ("Dampers") Tipo Borboleta O registo tipo borboleta um dispositivo simples para reduzir a carga. Se for colocado na linha de descarga do compressor no alterar o ponto de pulsao. Por outro lado, se estiver localizado na linha de suco como costume, o ponto de pulsao baixar.

Remotos ("Splits") Estas unidades so constitudas por duas partes distintas, o evaporador e o condensador. Ao evaporador chamamos mvel interior, ao condensador chamamos mvel exterior e composto por compressor e bateria condensadora. O mvel exterior e o mvel interior sero ligados atravs de duas tubagens de cobre, uma das quais devidamente isolada. Estas unidades podem ser colocadas em locais difceis devido sua versatilidade e tm a vantagem de fazer menos rudo que as compactas.

Rendimento de Compresso O rendimento de compresso constitui um ndice de desvio na compresso real em relao compresso isentrpica.

Rendimento Mecnico o quociente entre as presses absoluta e de aspirao.

Rendimento Volumtrico o quociente entre o peso real de refrigerante num cilindro e o peso que o cilindro pode teoricamente receber.

Resistncia A resistncia ao fluxo de calor definida como o inverso do coeficiente de transferncia de calor.

Resistncia Linear Tambm denominada Resistncia em linha, a fora que se ope ao fluxo de um fluido pelo contacto com as paredes.

Resistncia Localizada a fora contrria que se ope ao movimento do fluido por mudanas de direco, curvas, estrangulamentos, diferentes seces etc.

Rotor Quando a direco de sada do ar impulsionado perpendicular ao eixo do ventilador. Habitualmente, o rotor move um volume de ar menor que a hlice, podendo comunicar uma presso muito maior.

Salto trmico toda a diferena de temperaturas DT = (T2-T1)

Segunda Famlia de Gases Pertencem a ela os chamados Gases Naturais, por terem sido obtidos de forma "natural" do subsolo terrestre. A sua componente principal sempre o gs Metano (CH4).

Separador de Detritos O separador apenas constitudo por uma rede para recolher qualquer solda ou sujidades que possam ser transportadas na linha de suco. Deve ser instalado no lado de suco do compressor.

Separador de leo O separador de leo tem a funo de retornar o leo para o crter do compressor de modo a que o nvel de leo se possa manter dentro dos limites seguros. Actua ainda como atenuador nas redues das pulsaes.

Serpentina de Expanso directa A serpentina de expanso directa muito utilizada para arrefecer o ar. Essa serpentina semelhante aos conjuntos de tubos numa caldeira tubular de gua, na qual os gases quentes ao passar no exterior dos tubos fornecem o seu calor gua fervendo dentro dos tubos. De modo idntico, o ar quente que passa atravs das lminas e tubos de uma serpentina de expanso directa fornece o seu calor ao refrigerante me ebulio dentro dos tubos.

Sistemas autnomos unitrios Nestes sistemas utilizam-se equipamentos totalmente montados e ensaiados em fbrica, eliminando-se os defeitos de montagem da obra. S um condicionador de ar de capacidade adequada pode servir para um local. Estes sistemas oferecem a vantagem de um custo inicial moderado e de uma maior flexibilidade de funcionamento.

Sistemas Centralizados Neste sistema os geradores de calor e frio encontram-se centralizados numa central e as unidades terminais tipo tratamento de ar esto dispersas pelo edifcio a climatizar.

Sistemas de produo de frio Os sistemas de produo mais comuns so os sistemas de refrigerao, baseados no ciclo frigorfico de compresso de vapor e permitem obter temperaturas at -60C.

Sistemas de aquecimento Os sistemas de aquecimento produzem calor para aquecimento geralmente de ar ou gua. A gua pode ser aquecida a uma presso superior presso atmosfrica de forma a obterem-se temperaturas da gua no estado lquido superiores a 100C. O vapor obtido normalmente a presses at 12 bar.

Sistemas Hidrnicos de Aquecimento Este sistema consiste numa central de gua quente ou gua aquecida por uma caldeira a vapor. A gua quente ento transportada para cada uma das salas por um sistema de tubagens at aos convectores ou fan-coils de cada sala.

Sistema Zonal de Aquecimento Este sistema consiste em aquecedores individuais localizados em cada sala. Com este tipo de sistema os sistemas de tubagens no so necessrios.

Soluo Concentrada Uma soluo com uma grande concentrao de absorvente e s uma pequena quantidade de refrigerante dissolvido.

Soluo Diluda Uma soluo absorvente, diluda por uma grande quantidade de refrigerante dissolvido.

Sonda de Presso Esttica Mede a presso esttica (Pe). Conta de um tubo com aberturas dispostas no sentido da corrente; o outro extremo est unido a um manmetro.

Sorvente Um sorvente uma substncia capaz de extrair vapor de gua do ar, ou de o libertar para o ar, em quantidades relativamente grandes em relao com o seu peso e volume.

Subarrefecimento O subarrefecimento um termo usado para descrever o arrefecimento de um refrigerante lquido, a presso constante, at um ponto inferior temperatura a que tinha sido condensado.

Suporte o elemento estrutural do ventilador. A sua forma canaliza a circulao do ar. Nos ventiladores de hlice, o suporte costuma ser composto por uma entrada, melhorando assim o rendimento. Os ventiladores de rotor so montados numa voluta, o que possibilita a utilizao de energia comunicada ao ar.

Tectos Ventilados Os tectos ventilados so utilizados em cozinhas comerciais e hospitalares, abrangendo toda a cozinha. O ar insuflado pr-tratado temperatura ambiente, e os vapores, fumos e gases extrados sem correntes de ar. As gorduras so removidas por lavagem das cassetes que compem o tecto, na mquina de lavar monocuba ou de tnel.

Temperatura A temperatura o que determina o nvel trmico ou intensidade calorfica da matria. Para medir com exactido a temperatura, estabeleceu-se uma escala onde se tomaram como base determinados processos da natureza que apresentam sempre a mesma temperatura.

Temperatura Absoluta So as temperaturas medidas a partir do zero absoluto.

Temperatura de Orvalho a temperatura limite para que se produza a condensao da humidade contida no ar.

Temperatura de saturao. Este termo designa a temperatura na qual se d a vaporizao de uma substncia pura a uma dada presso. Essa presso chamada presso de saturao para a temperatura dada. Assim, para a gua (utiliza-se a gua para facilitar o entendimento da definio dada acima) a 100 C, a presso de saturao de 1,01325 bar, e para a gua a 1,01325 bar de presso, a temperatura de saturao de 100 C. Para uma substncia pura h uma relao definida entre a presso de saturao e a temperatura de saturao correspondente.Temperatura do bulbo hmido a temperatura indicada por um termmetro, cujo bulbo est envolvido em algodo embebido em gua, exposto aos efeitos de um escoamento de ar

Temperatura do bulbo seco a temperatura do ar, indicada por um termmetro normal.

Terceira Famlia de Gases Pertencem a ela alguns gases liquefeitos do petrleo (G.L.P), ou seja, o Gs Propano e o Gs Butano, que so os que tem maior poder calorfico.

Termmetro Os Termmetros usados normalmente consistem num tubo capilar de vidro cheio de um lquido. Um pequeno bulbo acoplado a uma das extremidades do tubo, e a outra fechada aps a extraco do ar existente no tubo. Os lquidos frequentemente utilizados so o lcool e o mercrio (termmetros de preciso).

Ts So acessrios utilizados para facilitar a instalao, para acompanhar os desnveis onde so colocadas as condutas, para separao de condutas, de modo a que o sistema se torne o mais funcional possvel.

Torre de Arrefecimento As torres de arrefecimento so como o nome indica para o arrefecimento de gua. Existem 2 grandes grupos de torres as de conveco natural e as de conveco forada o mecanismo que transfere pelos limites do sistema com diferentes presses (ou outro tipo de fora), sempre na direco da de menor presso.

Trabalho o mecanismo que transfere pelos limites do sistema com diferentes presses (ou outro tipo de fora), sempre na direco da de menor presso.

Transio de Fases A transio de fase d-se quando um material passa de um estado para outro. Por exemplo, um cubo de gelo quando derrete diz-se que houve uma transio de fase, passou do estado slido para o lquidoTubo de Pitot um tubo aberto dirigido contra a corrente de ar, tendo na outra extremidade, um manmetro que indica directamente a presso total (Pt)

Tubo de Prandtl Consta de um tubo de Pitot unido a outro que o envolve, e possui uma aberturas que permitem medir a presso esttica. Vm acoplados na extremidade de um manmetro que indica a diferena entre ambos; ou seja a presso dinmica.

Tubo Venturi O tubo de Venturi constitudo por ns, um convergentes e outro divergente, unidos por uma parte cilndrica denominada "pescoo" de Venturi. A reduo de dimetro no "pescoo" cria uma perda de carga, dado que a presso num ponto do "pescoo" inferior que a presso antes deste.

Unidades de Termoventilao So dispositivos pelos quais se faz a renovao do ar, e so constitudos por vrios componentes independentes, tendo por base uma Unidade de Ventilao com filtragem de ar e uma bateria de aquecimento.

Unidades de Tratamento de Ar - UTA's o dispositivo pelo qual se faz a renovao e o tratamento do ar, composta por uma unidade de ventilao com filtragem e uma ou mais baterias de aquecimento e arrefecimento.

Unidades de Ventilao Especiais So variantes das unidades de tratamento de ar, UTA's, que podem englobar no seu sistema Recuperadores de Energia, Atenuadores de Som, Filtros de Alta Eficcia, Caixas de Mistura, etc.

Unidades produtoras de gua gelada ("Chillers") So unidades destinadas produo de gua gelada para arrefecimento de ar. Estas unidades produzem gua gelada de forma centralizada que distribuda por tubagem para as diferentes unidades de climatizao, tipo ventiloconvectores ou unidades de tratamento de ar. Estas unidades esto especialmente desenhadas para colocao no exterior para captarem o ar necessrio ao arrefecimento das baterias condensadoras colocadas nas fases verticais do "chiller". Os "chillers" so fornecidos com quadro elctrico contendo todo o equipamento de comando, controlo e proteco.

Unies Elsticas So telas que se colocam nos sistemas de ventilao de modo a eliminar as vibraes nas condutas, provocadas pela unidade de ventilao aquando o seu funcionamento.

Vlvulas de Extraco Tambm conhecidas como Bocas de Extraco, so utilizadas na captao e retorno de grandes caudais, apresentando vantagens em relao s grelhas de retorno: simples de instalar, baixo custo, podem ser aplicadas directamente sobre os tubos Spiro.

Vlvulas de Segurana As vlvulas de segurana so necessrias nos condensadores ou nos receptores de lquido, dado que existe a possibilidade do interruptor duplo de presso estar mal montado ou poder falhar. As vlvulas so foradas por mola e devem ser seladas para evitar interferncias com o ajustamento da mola.

Vapor Saturado. Se uma substncia se encontra completamente como vapor na temperatura de saturao, chamada de vapor saturado, e neste caso o ttulo igual a 1 ou 100%, pois a massa total (mt) igual massa de vapor (mv).

Vapor Superaquecido - Quando o vapor est a uma temperatura maior que a temperatura de saturao chamado vapor superaquecido. A presso e a temperatura do vapor superaquecido so propriedades independentes, e neste caso, a temperatura pode ser aumentada para uma presso constante. Em verdade, as substncias que chamamos de gases so vapores altamente superaquecidos.

Ventilao Ambiental o tipo de aplicao onde se renova todo o ar do local. Neste caso as variveis principais a ter em conta so o volume do local e o nmero de renovaes por hora.

Ventilador uma turbomquina que recebe energia elctrica e mantm um fluxo contnuo de ar, ou outro gs, com uma determinada presso.

Ventiladores Axiais Quando o ar entra e sai da hlice com trajectrias volta de superfcies cilndricas coaxiais ao ventilador.

Ventiladores Centrfugos Quando o ar entra no rotor com uma trajectria essencialmente axial e sai com uma direco sensivelmente paralela a um plano radial.

Ventiladores Helicoidais Quando a trajectria do ar normal ao rotor, tanto entrada como sada, e na zona perifrica.

Ventiladores Heliocentrfugos Quando a trajectria do ar no rotor intermdia entre as trajectrias do ventilador centrfugo e do ventilador axial.

Ventilao Localizada o tipo de aplicao onde se capta o gs, odor, calor, poeiras, produzido no local de emisso ou origem. Neste caso as variaveis principais a ter em conta so o foco contaminante e a velocidade de emisso.

Ventiloconvectores Na central esto situados os grupos geradores de gua gelada e gua quente que alimentaro os ventiloconvectores conforme as estaes do ano. Os ventiloconvectores fazem passar o ar da sala com alguma mistura de ar exterior ou no, pela bateria de arrefecimento ou aquecimento, insuflando o ar s condies desejadas.

Visores de Lquido Os visores de lquido so utilizados para detectarem a falta de refrigerante no sistema. So montados na linha de lquido entre o receptor e a vlvula de expanso e tm um vidro em "olho de boi", que permite visualizar as bolhas provocadas por falta de refrigerante.

Zero Absoluto Teoricamente, a temperatura de -273,16C a temperatura mais baixa possvel at qual se pode arrefecer qualquer substncia.

2 - O Ciclo de Refrigerao

Os ciclos de refrigerao, isto , ciclos termodinmicos de fluidos refrigerantes em equipamentos frigorficos por compresso de vapor, so adequadamente representados em diagramas P x h (presso -entalpia, diagrama de Mollier) e diagrama T x s (temperatura - entropia).

Fig 1 Diagrama de Mollier (P x h) para um refrigerante Diagrama entlpico - Linhas Isobricas Linhas de igual presso - bar ou Mpa

Isotrmicas Linhas de igual temperatura - C

Isentlpicas Linhas de igual entalpia - kJ/kg

Isentrpicas Linhas de igual entropia - kJ/kg.K

Isocricas Linhas de igual caudal mssico - m/kg

Isottulos Linhas de igual ttulo - %

Fig 2 Diagrama entlpico simplificado

2.1 Fludos refrigerantes

Hoje em dia j no permitido o R12 e o R22, um utilizado o R134a

RefrigeranteR12R134aR600a

Nome, frmulaDicloro-difluoro-metano, CCl2F21,1,1,2-tetrafluoro-etano, CF3CH2FIso-butano, CH3)3CH

Massa molar [kg/mol]0.1210.1020.058

Temperatura ebulio [K]243.2246.6261.5

Temperatura Crtica [K]388374408

Presso Critica [MPa]4.014.073.65

Densidade a 25 C [kg/m3]14701370600

Presso vapor a 25 C [kPa]12410758

Entalpia vaporizao a 25 C [kJ/kg]163216376

Tabela 1. Propriedades de refrigerantes

Fig 3 Diagrama entlpico do R134a2.2 Ciclo Terico de Refrigerao por Compresso de VaporUm ciclo trmico real qualquer deveria ter para comparao o ciclo de CARNOT, por ser este o ciclo de maior rendimento trmico possvel. Entretanto, dadas as peculiaridades do ciclo de refrigerao por compresso de vapor, define-se um outro ciclo que chamado de ciclo terico, no qual os processos so mais prximos aos do ciclo real e, portanto, torna-se mais fcil comparar o ciclo real com este ciclo terico (existem vrios ciclos termodinmicos ideais, diferentes do ciclo de Carnot, como o ciclo ideal de Rankine, dos sistemas de potncia a vapor, o ciclo padro ar Otto, para os motores de combusto interna a gasolina e lcool, o ciclo padro ar Brayton, das turbinas a gs, etc). Este ciclo terico ideal aquele que ter melhor performance operando nas mesmas condies do ciclo real.

Fig 4- Ciclo terico de refrigerao por compresso de vapor.A Figura 4 mostra um esquema bsico de um sistema de refrigerao por compresso de vapor com seus principais componentes, e o seu respectivo ciclo terico construdo sobre um diagrama de Mollier, no plano P-h. Os elementos esquematizados na Figura 4 representam, genericamente, qualquer dispositivo capaz de realizar os respectivos processos especficos indicados.

Os processos termodinmicos que constituem o ciclo terico em seus respectivos equipamentos so:

a) Processo 12. Ocorre no compressor, sendo um processo adiabtico reversvel e, portanto, isentrpico, como mostra a Figura 4. O refrigerante entra no compressor presso do evaporador (Po) e com ttulo igual a 1 (x =1). O refrigerante ento comprimido at atingir a presso de condensao (Pc) e, ao sair do compressor est superaquecido temperatura T2, que maior que a temperatura de condensao TC.

b) Processo 23. Ocorre no condensador, sendo um processo de rejeio de calor, do refrigerante para o meio de resfriamento, presso constante. Neste processo o fluido frigorfico resfriado da temperatura T2 at a temperatura de condensao TC e, a seguir, condensado at se tornar lquido saturado na temperatura T3, que igual temperatura TC.

c) Processo 34. Ocorre no dispositivo de expanso, sendo uma expanso irreversvel a entalpia constante (processo isentlpico), desde a presso PC e lquido saturado (x=0), at a presso de vaporizao (Po). Observe que o processo irreversvel e, portanto, a entropia do refrigerante na sada do dispositivo de expanso (s4) ser maior que a entropia do refrigerante na sua entrada (s3).

d) Processo 41. Ocorre no evaporador, sendo um processo de transferncia de calor a presso constante (Po), consequentemente a temperatura constante (To), desde vapor hmido (estado 4), at atingir o estado de vapor saturado seco (x=1). Observe que o calor transferido ao refrigerante no evaporador no modifica a temperatura do refrigerante, mas somente muda sua qualidade (ttulo).

Fig 5 Circuito simplificado

Fig 6 Circuito simples de frigorfico

2.3 Ciclo Real de Compresso de Vapor

As diferenas principais entre o ciclo real e o ciclo terico esto mostradas na Figura 7, as quais sero descritas a seguir. Uma das diferenas entre o ciclo real e o terico a queda de presso nas linhas de descarga, lquido e de suco assim como no condensador e no evaporador.

Estas perdas de carga Pd e Ps esto mostradas na Figura 7. Outra diferena o subarrefecimento do refrigerante na sada do condensador (nem todos os sistemas so projectados com subarrefecimento), e o superaquecimento na suco do compressor, sendo este tambm um processo importante que tem a finalidade de evitar a entrada de lquido no compressor. Outro processo importante o processo de compresso, que no ciclo real politrpico (s1 s2), e no processo terico isentrpico, h aumento de entropia.

Devido ao superaquecimento e ao processo politrpico de compresso a temperatura de descarga do compressor (T2) pode ser muito elevada, tornando-se um problema para os leos lubrificantes usados nos compressores frigorficos. A temperatura de descarga no deve ser superior a 130 C, o que, por vezes, exige o arrefecimento forado da cabea dos compressores, principalmente quando so utilizados os refrigerantes R717 e R22, (com baixas temperaturas de evaporao). Muitos outros problemas de ordem tcnica, dependendo do sistema e sua aplicao, podem introduzir diferenas significativas alm das citadas at aqui.

Fig 7 Diferenas entre o ciclo terico e o real de refrigerao.2.4 Balano de Energia para o Ciclo de Refrigerao por Compresso de Vapor

O balano de energia do ciclo de refrigerao feito considerando-se o sistema operando em regime permanente nas condies de projeto, ou seja, temperatura de condensao (TC), e temperatura de vaporizao (TO). Os sistemas reais e tericos tm comportamentos idnticos, tendo o ciclo real apenas um desempenho pior. A anlise do ciclo terico permitir, de forma simplificada, verificar quais parmetros tm influncia no desempenho do ciclo.

2.4.1 Capacidade frigorfica

A capacidade frigorfica (Q0), a quantidade de calor, por unidade de tempo, retirada do meio que se quer resfriar (produto), atravs do evaporador do sistema frigorfico. Este processo est indicado na Figura 8. Considerando-se que o sistema opera em regime permanente e desprezando-se as variaes de energia cintica e potencial, pela primeira lei da termodinmica, tem-se:

Fig 8 Processo de transferncia de calor no evaporador.

eq . 2.1Normalmente, se conhece a capacidade frigorfica deve do sistema de refrigerao, a qual deve ser igual carga trmica, para operao em regime permanente. Se for estabelecido o ciclo e o fluido frigorfico com o qual o sistema deve trabalhar, pode-se determinar o fluxo mssico que circula atravs dos equipamentos, pois as entalpias h1 e h4 so conhecidas e, consequentemente o compressor fica determinado.

A quantidade de calor por unidade de massa de refrigerante retirada no evaporador chamada de Efeito Frigorfico (EF), e um dos parmetros usados para definir o fluido frigorfico que ser utilizado em uma determinada instalao.

EF = h1 h4

eq . 2.22.4.2 Potncia terica de compresso

Chama-se de potncia terica de compresso quantidade de energia, por unidade de tempo, que deve ser fornecida ao refrigerante, no compressor, para se obter a elevao de presso necessria ao do ciclo terico. Neste ciclo o processo de compresso adiabtico reversvel (isentrpico), como indicado na Figura 9. No sistema de refrigerao real o compressor perde calor para o meio ambiente, entretanto, este calor pequeno quando comparado energia necessria para realizar o processo de compresso. Aplicando-se a primeira lei da termodinmica, em regime permanente, no volume de controlo da figura baixo e desprezando-se a variao de energia cintica e potencial tem-se a Eq. (2.3).

eq . 2.3

Fig 9 Processo de compresso adiabtico reversvel no compressor.

2.4.3 Calor rejeitado no condensador

Conforme mencionado, a funo do condensador transferir calor do fluido frigorfico para o meio de resfriamento do condensador (gua ou ar). Este fluxo de calor pode ser determina atravs de um balano de energia no volume de controlo da Figura 10. Assim, considerando o regime permanente, tem-se:

eq . 2.4

Fig 10 Processo de transferncia de calor no condensador.Assim, o condensador a ser especificado para o sistema de refrigerao deve ser capaz de rejeitar a taxa de calor calculada pela Eq. (2.4), a qual depende da carga trmica do sistema e da potncia de accionamento do compressor.

2.4.4 Dispositivo de expanso

No dispositivo de expanso, que pode ser de vrios tipos, o processo terico adiabtico, como mostra a Figura 11, e, neste caso, aplicando-se a primeira lei da termodinmica, em regime permanente, desprezando-se as variaes de energia cintica e potencial, tem-se:

Fig 11 Processo no dispositivo de expanso.h3 = h4

eq. 2.52.4.5 Coeficiente de performance do ciclo (eficincia termodinmica) O coeficiente de performance, COP, um parmetro importante na anlise das instalaes frigorficas. Embora o COP do ciclo real seja sempre menor que o do ciclo terico, para as mesmas condies de operao, pode-se, com o ciclo terico, verificar que parmetros influenciam no desempenho do sistema. Assim, o COP definido por:

eq. 2.6

Pode-se inferir da Eq. (2.6) que, para o ciclo terico, o COP funo somente das propriedades do refrigerante, consequentemente, depende das temperaturas de condensao e vaporizao. Para o ciclo real, entretanto, o desempenho depender em muito das propriedades na suco do compressor, do prprio compressor e dos demais equipamentos do sistema, como ser visto adiante.2.5 Parmetros que Influenciam o COP do Ciclo de Refrigerao

Vrios parmetros influenciam o desempenho do ciclo de refrigerao por compresso de vapor. A seguir ser analisada a influncia de cada um deles separadamente.

2.5.1 Influncia da temperatura de evaporao no COP do ciclo terico

Para ilustrar o efeito que a temperatura de evaporao tem sobre a eficincia do ciclo ser considerado um conjunto de ciclos em que somente a temperatura de evaporao (To), alterada.

Estes ciclos esto mostrados na Figura 12. Nesta anlise utilizou-se R22 como refrigerante, o qual foi tpico de sistemas de ar condicionado. Como pode ser observado, uma reduo na temperatura de evaporao resulta em reduo do COP, isto , o sistema se torna menos eficiente.

Fig 12 Influncia da temperatura de evaporao no COP do ciclo terico.

2.5.2 Influncia da temperatura de condensao no COP do ciclo terico

Como no caso da temperatura de vaporizao, a influncia da temperatura de condensao mostrada em um conjunto de ciclos onde apenas se altera a temperatura de condensao (Tc). Esta anlise est mostrada na Figura 13. Observe que uma variao de 15 C na temperatura de condensao, resultou em menor variao do COP, se comparado com a mesma faixa de variao da temperatura de evaporao.

Fig13 - Influncia da temperatura de condensao no COP do ciclo terico.

2.5.3 Influncia do subarrefecimento do lquido no COP do ciclo terico

De forma idntica aos dois casos anteriores, a Figura 14 mostra a influncia do subarrefecimento do lquido na sada do condensador sobre a eficincia do ciclo. Embora haja um aumento no COP do ciclo com o aumento do subarrefecimento, o que ptimo para o sistema, na prtica se utiliza um subarrefecimento para garantir que se tenha somente lquido na entrada do dispositivo de expanso, o que mantm a capacidade frigorfica do sistema, e no com o objectivo de se obter ganho de eficincia.

Fig 14 Influncia do subarrefecimento no COP do ciclo terico.2.5.4 Influncia do superaquecimento til no COP do ciclo terico

Quando o superaquecimento do refrigerante ocorre retirando calor do meio que se quer resfriar, chama-se a este superaquecimento de superaquecimento til.

Fig 15 - Influncia do superaquecimento no COP do ciclo terico.Na Figura 15 mostrada a influncia desse superaquecimento na performance do ciclo de refrigerao. Como pode ser observado no ltimo slide desta figura, a variao do COP com o superaquecimento depende do refrigerante. Nos casos mostrados, para o R717 o COP sempre diminui, para R134a o COP sempre aumenta e para o R22, o caso mais complexo, h um aumento inicial e depois uma diminuio. Para outras condies do ciclo, isto , To e Tc, poder ocorrer comportamento diferente do aqui mostrado. Mesmo para os casos em que o superaquecimento melhora o COP ele diminui a capacidade frigorfica do sistema de refrigerao. Assim, s se justifica o superaquecimento do fluido, por motivos de segurana, para evitar a entrada de lquido no compressor.

Este aspecto da influncia do superaquecimento na capacidade frigorfica do sistema ser estudada com mais detalhes quando da anlise operacional dos compressores alternativos e de sua eficincia volumtrica.

Captulo 3 Componentes dos Sistemas de Refrigerao

3.1 Compressores

3.1.1 Introduo

O compressor um dos principais componentes do sistema de refrigerao, sua funo aumentar a presso do fluido refrigerante e promover a circulao desse fluido no sistema. Os principais tipos de compressores utilizados so: alternativo, centrfugo, de parafusos, palhetas e Scroll. A escolha do tipo de compressor depende essencialmente da capacidade da instalao, que pode ser dividida em pequena capacidade (< 2,5 TR), mdia capacidade (entre 2,5 e 75 TR) e grande capacidade (> 75 TR), da temperatura de vaporizao e do fluido frigorfico utilizado. O smbolo TR a tonelada de refrigerao, um termo normalmente utilizado em refrigerao que corresponde a energia necessria para liquefazer, aproximadamente, uma tonelada de gelo em 24 horas (1,0 TR = 3,53 kW = 3024 kcal/h).

De acordo com as caractersticas do processo de compresso, os compressores utilizados em refrigerao podem ser classificados como mquinas de deslocamento positivo ou mquinas de fluxo. O compressor de deslocamento positivo aumenta a presso do vapor de fluido refrigerante pela reduo do volume interno de uma cmara de compresso atravs de uma fora mecnica aplicada. Os compressores alternativos, de parafusos, de palhetas e Scroll so de deslocamento positivo. O nico compressor classificado como mquina de fluxo em sistemas de refrigerao o centrfugo. Nesse tipo de compressor, o aumento de presso se deve, principalmente, a converso de presso dinmica em presso esttica.

Dependendo da concepo de construo, os compressores podem ser classificados como hermticos, semi-hermticos e abertos. No compressor hermtico tanto o compressor, propriamente dito, quanto o motor de acionamento so alojados no interior de uma carcaa, possuindo como acesso de entrada e sada apenas as conexes eltricas do motor. Esse tipo de compressor opera predominantemente com refrigerantes halogenados e o vapor de fluido refrigerante entra em contato com o enrolamento do motor, resfriando-o. So geralmente utilizados em refrigeradores domsticos e condicionadores de ar com potncias da ordem de 30kW.

Os compressores semi-hermticos so semelhantes aos hermticos, porm, permitem a remoo do cabeote, tornando possvel o acesso s vlvulas e aos pistes, facilitando os servios de manuteno.

Nos compressores do tipo aberto, o eixo de acionamento do compressor atravessa a carcaa permitindo o acionamento por um motor externo. Esse tipo de compressor adequado para operar com amnia, podendo tambm utilizar refrigerantes halogenados.

3.1.2 Compressores Alternativos

Os compressores alternativos so os mais utilizados em sistemas de refrigerao, se encontram em estgio de desenvolvimento bastante avanado e so amplamente utilizados em sistemas de pequena e mdia capacidade. So fabricados com capacidades que variam desde uma frao de TR at cerca de 200 TR (de 1 a 700kW). Os refrigerantes HFC-134a, HFC- 404A, HFC-407A e HFC-407C so frequentemente utilizados com esses compressores em sistemas de ar condicionado para conforto e processos, enquanto o refrigerante R-717 (amnia) utilizado em sistemas de refrigerao industrial.

Os compressores alternativos podem ser:

De simples ou duplo efeito;

De um ou mais cilindros;

Abertos, hermticos ou semi-hermticos;

Horizontais, verticais, em V, em W ou radiais.

A Figura 16 apresenta esquematicamente o princpio de funcionamento de um compressor alternativo. Durante a expanso do mbolo, gs refrigerante aspirado pela vlvula de admisso, que pode estar localizada no prprio mbolo ou no cabeote. Durante a compresso, o mbolo comprime o refrigerante, empurrando-o para fora atravs da vlvula de descarga, localizada normalmente na cabea do cilindro.

Fig16: Princpio de funcionamento de um compressor alternativo.

Exemplos de compressores alternativosQuando o compressor possui uma cambota que atravessa a carcaa de maneira que um motor externo possa ser acoplado ao seu eixo, ele denominado compressor aberto. Nesse tipo de compressor deve ser previsto um selo de vedao para evitar fugas de gs refrigerante ou infiltrao de ar externo, quando a presso do sistema for inferior a atmosfrica. Para evitar esse tipo de problema pode-se alojar o motor e o compressor dentro da mesma carcaa, nesse caso tem-se um compressor hermtico. A grande maioria das aplicaes de pequeno porte utiliza esse tipo de compressor. Compressores hermticos de grande capacidade possuem cabeas removveis permitindo a manuteno das vlvulas e dos mbolos. Tais compressores so denominados semihermticos.

H compressores que apresentam molas na parte que fixa as sedes das vlvulas de descarga, funcionando como segurana do compressor ao abrir passagem para gotculas de lquido.

3.1.2.1 Eficincia volumtrica efetiva

A eficincia volumtrica efetiva definida como:

eq. 3.1

onde a taxa de deslocamento do compressor o volume coberto pelos mbolos, do ponto morto superior ao ponto morto inferior, durante o tempo de aspirao, por unidade de tempo.

3.1.2.4 Potncia

Para um compressor ideal a potncia dada pelo produto da Caudal pela variao da entalpia na compresso isentrpica:

onde: W a potncia, m a Caudal e hi a variao de entalpia na compresso isentrpica.

Fig 17: Eficincia volumtrica de espao morto em funo da temperatura de evaporao para um compressor ideal, com temperatura de condensao de 35C e refrigerante R22.

A Figura 18 apresenta a variao da potncia P e do trabalho de compresso hi em funo da temperatura de evaporao. Para temperaturas de evaporao baixas hi grande e, medida que a temperatura de evaporao vai aumentando, hi vai diminuindo at atingir zero, quando ento a presso de aspirao se iguala a de descarga. A curva de potncia apresenta valor nulo em dois pontos, o primeiro ponto corresponde Caudal nula e o segundo ponto corresponde a condio de temperatura de evaporao igual de condensao. Entre esses dois pontos a curva de potncia atinge um valor mximo.

Fig 19 : Trabalho de compresso e potncia de um compressor ideal em funo da temperatura de evaporao, com temperatura de condensao de 35C e refrigerante R22.A maioria dos sistemas frigorficos trabalha a esquerda do pico da curva de potncia, durante a partida, a temperatura no evaporador alta e a potncia passa pelo pico. Muitas vezes, os motores so superdimensionados para suportar esse pico, o que no adequado em termos de uso eficiente de energia. O superdimensionamento, no entanto, pode ser evitado, reduzindo-se artificialmente a presso de evaporao atravs de um dispositivo de estrangulamento.

Durante a operao normal, cargas trmicas elevadas aumentam a temperatura de evaporao e consequentemente a potncia do compressor, podendo sobrecarregar o motor.

3.1.2.5 Capacidade de refrigerao

A capacidade de refrigerao dada por:

q = m (h1 h4 )

eq 3.9

onde h1 e h4 so as entalpias do refrigerante na sada e na entrada do evaporador, respectivamente.

A capacidade de refrigerao em funo da temperatura de evaporao apresentada na Figura 20. A capacidade de refrigerao aumenta com o aumento da temperatura de evaporao.

Fig 20 : Capacidade de refrigerao de um compressor ideal em funo da temperatura de evaporao, com temperatura de condensao de 35C e refrigerante R22.3.1.2.6 Coeficiente de eficcia

O coeficiente de eficcia, definido pela relao entre a capacidade de refrigerao e a potncia, em funo da temperatura de evaporao apresentado na Figura 21. O coeficiente de eficcia aumenta com o aumento da temperatura de evaporao. medida que a temperatura de evaporao diminui, o volume especfico aumenta e a Caudal em massa no compressor diminui, reduzindo a capacidade de refrigerao e consequentemente o coeficiente de eficcia.

Fig 21: Coeficiente de eficcia de um compressor ideal em funo da temperatura de evaporao, com temperatura de condensao de 35C e refrigerante R22.3.1.2.7 Efeito da temperatura de condensao

Instalaes frigorficas normalmente rejeitam calor atravs do condensador para a atmosfera, cujas condies variam ao longo do ano. A Figura 22 apresenta eficincia volumtrica de espao morto de um compressor operando a uma temperatura de evaporao de -20C em funo da temperatura de condensao. medida que temperatura de condensao aumenta a eficincia volumtrica diminui, o mesmo ocorre com a capacidade de refrigerao apresentada na Figura 23A potncia em funo da temperatura de condensao apresentada na Figura 24. A curva de potncia apresenta valor mximo do mesmo modo que a variao da potncia com a temperatura de evaporao. Apesar de no apresentado o coeficiente de eficcia diminui com o aumento temperatura de condensao.

Considerando a potncia e a eficincia, interessante que a temperatura de condensao seja a menor possvel. Assim, importante manter o condensador limpo, trabalhando com o agente de arrefecimento (ar ou gua) o mais frio possvel.

Figura 22: Eficincia volumtrica de espao morto em funo da temperatura de condensao para um compressor ideal, com temperatura de evaporao de -20C e refrigerante R22.

Figura 23: Capacidade de refrigerao de um compressor ideal em funo da temperatura de condensao, com temperatura de evaporao de -20C e refrigerante R22.

Figura 24: Potncia de um compressor ideal em funo da temperatura de condensao, com temperatura de evaporao de -20C e refrigerante R22.

3.1.2.10 Temperatura de descarga do compressor

Temperaturas de descarga do compressor excessivamente altas podem deteriorar o leo de lubrificao, resultando em desgaste excessivo e reduo da vida til das vlvulas, especialmente das vlvulas de descarga. De maneira geral quanto maior a razo de presses, maior a temperatura de descarga. O refrigerante utilizado tambm influencia a temperatura de descarga do compressor, a amnia, por exemplo, apresenta altas temperaturas de descarga exigindo compressores com cabeas refrigerados a gua.

3.1.2.11 Controlo de capacidade

Os sistemas frigorficos em operao esto sujeitos a variaes de carga trmica. O aumento de carga trmica sem uma resposta do compressor, pode provocar um aumento na temperatura de evaporao e comprometer a qualidade dos produtos armazenados. Por outro lado, o funcionamento contnuo do compressor para uma condio de carga trmica reduzida pode baixar demasiadamente a temperatura de evaporao, o que pode ser indesejvel, por exemplo, na conservao de alimentos frescos, cuja temperatura controlada.

Entre os vrios mtodos empregados no controle de capacidade do compressor esto:

Atuao no compressor, ligando-o ou desligando-o;

Estrangulamento do gs de aspirao entre o evaporador e o compressor atravs do uso de uma vlvula reguladora de presso de suco; Desvio do gs na descarga do compressor para a linha de aspirao ou para o evaporador;

Funcionamento a vazio de um ou mais cilindros, atravs da abertura contnua da vlvula de descarga;

3.1.3 Compressor parafuso

Os compressores parafuso podem ser classificados como de parafuso simples e duplo. Os compressores de parafuso duplo so mais amplamente utilizados que os simples, devido a sua eficincia isentrpica ligeiramente maior, em torno de 3 a 4%.

A Figura 25 apresenta um corte transversal dos rotores de um compressor de parafuso duplo.

O rotor macho aciona o rotor fmea, o qual fica alojado em uma carcaa estacionria. O refrigerante entra pela parte superior em uma das extremidades e sai pela parte inferior da outra extremidade.

Quando o espao entre os ressaltos passa pela entrada, a cavidade preenchida pelo refrigerante, na medida em que rotao continua o refrigerante retido na cavidade move-se, circulando pela carcaa do compressor, at encontrar um ressalto do rotor macho, que comea a se encaixar na cavidade do rotor fmea, reduzindo o volume da cavidade e comprimindo o gs. Ao atingir o orifcio de sada ocorre a descarga devido ao encaixe do ressalto na cavidade. Com a finalidade de lubrificao e vedao, leo adicionado ao sistema, assim, em sistemas operando com compressores parafuso, torna-se necessrio instalao de um separador de leo.

O desempenho de um compressor parafuso depende do seu projeto, que define suas razes de volume e de presso. A Figura 26 apresenta eficincia de compresso de compressores parafuso para diversas razes entre volumes e presses. A menos que ocorra uma variao drstica na razo de presso, os valores da eficincia de compresso sofrem pouca variao.

Figura 25: Rotores de um compressor parafuso e corte transversal.

Figura 26 - Eficincia de compresso para compressores parafuso.

A capacidade de resfriamento dos compressores de parafuso duplo est na faixa de 20 a 1300TR (70 a 4570kW). Capacidades de resfriamento entre 50 e 350TR (176 a 1230kW) so normalmente utilizadas. A relao de presso em compressores parafuso pode ser da ordem de 20:1 em simples estgio. Os refrigerantes HFC-134a e HFC-407C so normalmente empregados em compressores parafuso para condicionamento de ar para conforto e a amnia (R-717) utilizada para aplicaes industriais.

Os requerimentos mnimos de eficincia em funo da capacidade, segundo a ASHRAE, para refrigeradores de gua com compressores parafuso com condensao a gua so:

Capacidade inferior a 150TR COP = 3,8

Capacidade entre 150 e 300TR COP = 4,2

Capacidade superior a 300TR COP = 5,2

O controlo de capacidade em compressores parafuso pode ser feito atravs de vlvulas corredias localizadas na carcaa do compressor, que se movem na direo axial provocando um retardamento do incio da compresso.

Figura 27 compressor de parafuso.

3.1.4 Compressor de palhetas

Os compressores de palhetas podem ser classificados em dois tipos bsicos:

Compressor de palheta simples;

Compressor de mltiplas palhetas.

A Figura 28 apresenta um compressor de palheta simples. Nesse tipo de compressor a linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro, porm, excntrica em relao ao rotor, de maneira que, o rotor e o cilindro permanecem em contato medida que gira. Uma palheta simples acionada por mola, divide as cmaras de aspirao e descarga.

Figura 28: Compressor de palheta simples.

O HCFC-22 era o refrigerante mais utilizado nesse tipo de compressor e os refrigerantes HFC-407C e HFC-410A so seus substitutos. A eficincia mecnica tpica de um compressor de palhetas operando com uma relao de presso de 3,5 de 0,87.

3.1.5 Compressores centrfugos

Os compressores centrfugos foram introduzidos em instalaes frigorficas por Willis Carrier em 1920, so amplamente utilizados em sistemas de grande porte. Seu princpio de funcionamento semelhante ao de uma bomba centrfuga. O refrigerante entra pela abertura central do rotor e, devido ao da fora centrfuga, ganha energia cintica medida que deslocado para a periferia. Ao atingir as ps do difusor ou a voluta, parte de sua energia cintica transformada em presso. Em situaes onde so necessrias altas razes de presso podem-se utilizar compressores de mltiplos estgios. A Figura 29 apresenta o desenho esquemtico de um compressor centrfugo.

Figura 29: Desenho esquemtico de um compressor centrfugo.

A Figura 30 apresenta um grfico caracterstico de desempenho de um compressor centrfugo onde no eixo das abscissas tem-se a Caudal e no eixo das ordenadas tem-se a razo de presses. O grfico apresenta o desempenho do compressor para diversas rotaes e as linhas de eficincia constante.

Os requerimentos mnimos de eficincia em funo da capacidade, segundo a ASHRAE, para frigorficos de gua com compressores centrfugos com condensao a gua so idnticos aos compressores parafuso, ou seja:

Capacidade inferior a 150TR COP = 3,8

Capacidade entre 150 e 300TR COP = 4,2

Capacidade superior a 300TR COP = 5,2

Figura 30: Desempenho de um compressor centrfugo.3.1.6 Controlo de capacidade

Os mtodos mais eficientes para o controle de capacidade de compressores centrfugos so:

Regulao das ps de pr-rotao na entrada do rotor,

Variao da rotao.

Pode-se ainda desviar o refrigerante da descarga do compressor para aspirao, porm este no um mtodo eficiente. Em compressores centrfugos acionados por turbina a gs ou vapor, o controle de capacidade pode ser feito pela variao da rotao.

3.1.7 Compressores Scroll

O compressor Scroll foi inventado em 1905 pelo engenheiro francs Lon Creux. Na poca, a tecnologia disponvel no era avanada o suficiente para permitir a fabricao de um prottipo, devido a, principalmente, problemas de vedao. Para um funcionamento efetivo, o compressor Scroll requer tolerncias de fabricao muito pequenas, que foram atendidas apenas a partir da segunda metade do sculo 20, com desenvolvimento de novas tecnologias de mquinas industriais e processos de fabricoO princpio de funcionamento do compressor Scroll, baseado num movimento orbital, difere fundamentalmente do tradicional compressor a pisto, baseado num movimento alternativo, apresentando diversas vantagens como

Eficincia de 5 a 10 % maior que um compressor alternativo de igual capacidade;

Ausncia de vlvulas;

Menor quantidade de partes mveis em relao a um compressor alternativo;

Operao suave e silenciosa

Baixa variao de binrio com consequente aumento da vida til e reduo de vibrao;

A Figura 31 apresenta um compressor Scroll indicando seus diversos componentes.

Figura 31: Compressor Scroll e componentes.

Figura 31a: Compressor Scroll NTZ da Danfoss3.1.7.1 Princpio de Funcionamento

Para realizar o trabalho de compresso, o compressor Scroll possui duas peas em forma de espiral, conforme Figura 32, encaixadas face a face uma sobre a outra. A espiral superior fixa e apresenta uma abertura para a sada do gs. A espiral inferior mvel, acionada por um motor com eixo excntrico.

Figura 32: Espirais do compressor ScrollA suco do gs ocorre na extremidade do conjunto de espirais e a descarga ocorre atravs da abertura da espiral fixa. A espiral superior possui selos que deslizam sobre a espiral inferior atuando de maneira semelhante aos anis do pisto de um compressor alternativo, garantindo a vedao do gs entre as superfcies de contato das espirais.

3.3 Condensadores

3.3.1 Capacidade dos Condensadores.

A representao precisa do comportamento de um condensador pode ser complexa, porque o vapor de fluido frigorfico entra no condensador superaquecido e, quando atinge o inicio da condensao, aps o inicio de resfriamento, a frao de lquido e vapor no escoamento varia ao longo do condensador at sair completamente no estado lquido.

Considere a Figura 33, onde mostrado o perfil de temperaturas do refrigerante e do meio de arrefecimento, no caso o ar, de um dado condensador. Considerando-se que neste processo o meio de arrefecimento, no muda de fase, pode-se escrever pela 1a lei da termodinmica, que:

eq. 3.17

onde:

cQ o calor recebido pelo meio de resfriamento (ar ou gua);m a a Caudal em massa do meio de resfriamento;

cp o calor especfico, a presso constante, do meio de resfriamento;

Tsa a temperatura na qual o meio de resfriamento deixa o condensador;

Tea a temperatura na qual o meio de resfriamento entra no condensador.

Figura 33 Variao de temperatura do refrigerante e do meio de resfriamento de um condensador.

O comportamento do condensador, enquanto trocador de calor, pode-se utilizar a Eq. (3.18) para expressar o fluxo de calor trocado, onde U o coeficiente global de transferncia de calor, A a rea de transferncia de calor e Tml a diferena de temperatura mdia logartmica entre o refrigerante e o meio de resfriamento, dada pela Eq. (3.19).

Utilizando-se uma anlise simplificada, mas suficiente para o propsito deste texto, que usa como base a temperatura mdia do meio de resfriamento, como mostrada na Figura 3.22, pode-se escrever que a temperatura mdia logartmica aproximadamente igual a:

Combinando-se as equaes acima, obtm-se uma expresso que permite o clculo do fluxo de calor no condensador a partir da temperatura de condensao e da temperatura de entrada do meio de arrefecimento no condensador. Assim, tem-se:

Para um dado fluxo mssico do meio de resfriamento e nas condies de projeto do trocador de calor, o coeficiente global de transferncia de calor, U, praticamente constante. Assim, para essas condies, infere-se da Eq. (3.21) que o calor transferido por um dado trocador de calor funo direta da diferena de temperatura, (TC - Tea), respectivamente, temperatura de condensao e temperatura de entrada do meio de resfriamento no condensador, que pode ser ar ou gua. Com essas consideraes a Eq. (3.21) pode ser escrita como mostrado abaixo, onde Fcond o fluxo de calor por diferena unitria de temperatura, tambm chamado de fator de troca de calor do condensador, um parmetro encontrado com frequncia nos catlogos de fabricantes destes equipamentos.

Na realidade, para condies de fluxo mssico do meio de resfriamento diferentes das condies de projeto do condensador o coeficiente global de transferncia de calor varia com o fluxo mssico, e conseqentemente o fator de troca de calor do condensador tambm varia. A Figura 3.23 mostra uma curva tpica do fator do condensador (Fcond) em funo da Caudal de gua, para um dado condensador.

Fig 34 Fator de troca de calor de um condensador, em funo do fluxo mssico de gua

Fig 35 Unidade compressora com condensador A02 da Danfoss

Fig 36 condensador a ar remoto

3.3.2 Caractersticas dos Condensadores

3.3.2.1 Condensadores resfriados a Ar.

Para a seleo de condensadores resfriados a ar devem ser levados em considerao diversos fatores, tais como: consumo de energia, instalao, disponibilidade, nvel de rudo, etc.

Os condensadores resfriados a ar so normalmente utilizados com parte integrante de unidades produzidas em fbricas (unidades condensadoras) de pequena ou mdia capacidade.

Grandes condensadores a ar tambm podem ser aplicados onde no econmica a utilizao de sistemas resfriados a gua, devido ao alto custo ou indisponibilidade da gua. A faixa de capacidades mais comum destes condensadores, cobre a gama de valores de 1 a 100 TR (7 a 352kW), porm usual a sua montagem em paralelo, atingindo capacidades bastante superiores.

Hoje em dia h a possibilidade de utilizar o calor da terra utilizando a bombagem de gua fria.

Para um determinado compressor e para uma determinada temperatura do ar de resfriamento que entra no condensador, aumenta-se a presso de condensao e diminui-se a capacidade frigorfica com a diminuio do tamanho do condensador. Um aumento da temperatura do ar de arrefecimento tambm resulta nos mesmos efeitos acima, para um determinado condensador.

A temperatura de condensao deve ser fixada em um valor entre 11C e 15C maior que a temperatura de bulbo seco do ar que entra no condensador. E, do ponto de vista econmico, o valor timo da diferena entre a temperatura de condensao e a temperatura do ar que deixa o condensador deve estar entre 3,5 e 5,5C.

Recomenda-se que, em qualquer situao, a temperatura de condensao nunca seja superior a 55C. No entanto, para garantir a eficincia do sistema de compresso e, ao mesmo tempo, obter uma maior vida til dos compressores, a temperatura de condensao no deve ser maior que:

48C, quando a temperatura de evaporao do sistema frigorfico for maior ou igual a 0C;

43C, quando a temperatura de evaporao do sistema frigorfico for menor que 0C;

Os condensadores a ar devem ser instalados elevados, com relao ao nvel do solo, para prevenir acumulao de sujeira sobre as serpentinas. Deve-se sempre garantir que existam aberturas adequadas e livres de qualquer obstruo para entrada de ar frio e para a sada do ar quente. As entradas de ar devem ser localizadas longe do lado de descarga do ar para evitar a aspirao de ar quente pelos ventiladores (curto-circuito do ar).

Devido grande quantidade de ar manejada por estes condensadores eles geralmente so bastante barulhentos. Assim, quando da sua instalao devem ser levadas em considerao as normas locais, que definem os nveis mximos de rudo permitidos. Em algumas situaes, especialmente dentro de zonas residncias em centros urbanos, devero ser empregados sistemas para controlo da rotao dos ventiladores (motores de duas velocidades ou inversores de frequncia), os quais atuariam no perodo noturno, reduzindo a rotao dos ventiladores, e consequentemente o rudo emitido por estes condensadores.

Em sistemas que usam vlvulas de expanso termostticas, a presso de condensao deve ser mantida relativamente constante. Temperaturas ambientes, isto , temperaturas de entrada do ar no condensador muito baixas podem resultar numa presso de condensao to baixa que as vlvulas de expanso dos evaporadores no operaro corretamente. Em climas moderados, o controlo da operao dos ventiladores (liga-desliga) pode manter a presso de condensao dentro dos nveis fixados em projeto, garantindo a correta operao das vlvulas de expanso. Em climas mais frios, podem ser necessrios outros sistemas automticos para controlo da presso de condensao, como por exemplo:

Instalao de dampers para controlar a Caudal de ar de resfriamento dos condensadores.

Instalao de vlvulas de estrangulamento que controlam a presso de condensao reduzindo o fluxo de lquido do condensador. Assim h inundao de parte do condensador, reduzindo a superfcie de condensao til.

3.3.2.2 Condensadores arrefecidos a gua

Condensadores resfriados a gua, quando limpos e corretamente dimensionados, operam de forma mais eficiente que os condensadores resfriados a ar, especialmente em perodos de elevada temperatura ambiente. Normalmente estes condensadores utilizam gua proveniente de uma torre de resfriamento, sendo que usualmente utiliza-se, para a condio de projeto do sistema, o valor de 29,5C para a temperatura da gua que deixa a torre. A temperatura de condensao, por sua vez, deve ser fixada em um valor entre 5,0C e 8,0C maior que a temperatura da gua que entra no condensador, isto , da gua que deixa a torre.

Quatro tipos de condensadores resfriados a gua so discutidos abaixo, considerando aspectos relacionados com sua aplicao e economia.

Figura 37 - Condensador duplo tubo

3.3.2.2.1 Condensador duplo tubo

Estes condensadores so formados por dois tubos concntricos, geralmente 1 para o tubo interno e 2 para o externo. O tubo por onde circula a gua montado dentro do tubo de maior dimetro. O fludo frigorfico, por sua vez, circula em contracorrente no espao anular formado pelos dois tubos, sendo resfriado ao mesmo tempo pela gua e pelo ar que est em contato com a superfcie externa do tubo de maior dimetro. Estes condensadores so normalmente utilizados em unidades de pequena capacidade, ou como condensadores auxiliares operando em paralelo com condensadores a ar, somente nos perodos de carga trmica muito elevada. Esses condensadores so difceis de se limpar e no fornecem espao suficiente para a separao de gs e lquido.

3.3.2.2.2 Condensador Carcaa e Serpentina (Shell and Coil)

Os Condensadores Carcaa e Serpentina (Shell and Coil) so constitudos por um ou mais tubos, enrolados em forma de serpentina, que so montados dentro de uma carcaa fechada (Figura 38). A gua de arrefecimento fli por dentro dos tubos, enquanto o refrigerante a ser condensado escoa pela carcaa. Embora, sejam de fcil fabricao, a limpeza destes condensadores mais complicada, sendo efetuada por meio de produtos qumicos (soluo com 25% de HCl em gua, com inibidor). So usados em unidades de pequena e mdia capacidade, tipicamente at 15 TR.

Figura 38 Carcaa e Serpentina (Shell and Coil)

3.3.2.2.3 - Condensador Carcaa e Tubo (Shell and Tube).

Os condensadores Shell and Tube so constitudos de uma carcaa cilndrica, na qual instalada uma determinada quantidade de tubos horizontais e paralelos, conectados a duas placas dispostas em ambas as extremidades (Figura 39). A gua de resfriamento circula por dentro dos tubos e o refrigerante escoa dentro da carcaa, em volta dos tubos. Os tubos so de cobre e os espelhos de ao para hidrocarbonetos halogenados e, para amnia, tanto os tubos como os espelhos devem ser ao. So de fcil limpeza e manuteno. So fabricados para uma vasta gama de capacidades, sendo amplamente utilizados em pequenos e grandes sistemas de refrigerao.

Figura 39 Condensador Carcaa e Tubo (Shell and Tube)A velocidade tima da gua em um condensador Shell and Tube deve ser da ordem de 1,0 a 2,0 m/s, e nunca deve ultrapassar os de 2.5 m/s. O fluxo de gua deve ser de cerca de 0,10 a 0,15 l/s por tonelada de refrigerao. Este fluxo de gua deve ser distribudo entre os tubos, de forma a no exceder as velocidades indicadas acima.

Para a seleo econmica destes condensadores devem ser considerados os fatores:

a) Aumentando-se o tamanho de um condensador, aumenta-se a eficincia do compressor, mas ao mesmo tempo o seu custo inicial tambm aumentar.

b) Aumentando o fluxo de gua de resfriamento aumenta-se a capacidade de condensador, porm tambm aumenta-se o custo de bombeamento da gua e o seu consumo.

c) Reduzindo-se o dimetro da carcaa e aumentando-se o comprimento dos tubos reduz-se o custo inicial do condensador, mas aumenta-se a perda de carga no circuito de gua.

d) O fator incrustao (fouling factor), que est associado a uma resistncia trmica adicional devido formao de incrustaes, depende da qualidade de gua. Geralmente, para condensadores novos que operaro com gua de boa qualidade, considera-se um fator de incrustao da ordem de 0,000044 m2.C/W (0.00025 h.ft2.F/Btu).

Tabela 3.2 Aumento da superfcie de transferncia para compensar o fator de incrustao.Para sistemas com baixa qualidade da gua de resfriamento (grande quantidade de sais dissolvidos ou compostos orgnicos) deve ser considerado um fator de incrustao ainda mais elevado. Os condensadores selecionados para um fator de incrustao mais elevado sero mais caros, isto pode ser observado na Tabela 3.2, onde mostrado de quanto dever ser aumentada a superfcie de transferncia de calor, para compensar o aumento do fator de incrustao, para uma mesma taxa de transferncia de calor.

3.3.2.2.4 Condensador de Placa

Os condensadores de placas so geralmente constitudos de placas de ao inox ou, em casos especiais, de outro material, de pequena espessura (0,4 a 0,8 mm). As placas so montadas paralelamente umas as outras, com um pequeno afastamento (1,5 a 3,0 mm). A gua de resfriamento e o fludo frigorfico circulam entre espaos alternados, formados pelas placas.

Figura 40 Condensador de placas.Estes trocadores de calor comeam a ser utilizados cada vez mais, devido ao seu elevado coeficiente global de transferncia de calor (2500 a 4500 W/m2C), porm seu uso ainda restrito na refrigerao industrial.

Apresentam-se em dois tipos: placas soldadas (brazed), empregados para refrigerantes halogenados, e placas duplas soldadas a laser, montadas em estrutura metlica, os quais so empregados para amnia. Estes ltimos apresentam ainda a vantagem da facilidade de aumento de sua capacidade, pela simples incluso de placas.

3.3.2.3 Condensadores Evaporativos

Os condensadores evaporativos so formados por uma espcie de torre de resfriamento de tiragem mecnica, no interior da qual instalada uma srie de tubos, por onde escoa o fludo frigorfico (Figura 41). No topo destes condensadores so instalados bicos injetores que pulverizam gua sobre a tubulao de refrigerante. A gua escoa, em contracorrente com o ar,