18
abr

Ciclo de refrigeração

Começaremos nossa série de artigos sobre climatização e refrigeração pelo ciclo de refrigeração. O entendimento de seu funcionamento é fundamental para o diagnóstico de problemas e maior entendimento dos demais componentes que são utilizados conectados ao circuito.

 

Todo ciclo de refrigeração possui 4 componentes básicos:

 

Compressor

O compressor é o “coração” de um sistema de refrigeração. Como o próprio nome diz ele comprime o fluido refrigerante e, também, tem a função de mover este fluido pelo circuito.

 

Condensador

Ele transforma o fluido que sai na forma de vapor quente do compressor em estado liquido através da diminuição de sua temperatura.

A diminuição da temperatura se dá pela remoção de calor do fluido para o meio no qual ele se encontra. Em um sistema de ar condicionado esta troca se dá com o ar ambiente (mais frio) que circula através do condensador com auxílio de um ventilador. Em outros sistemas a troca pode ser com a água num condensador do tipo casco-tubo ou de placas brasadas.

 

Dispositivo de expansão

Diminui bruscamente a pressão do fluido e com esta diminuição ele diminui abruptamente a temperatura do mesmo.

 

Evaporador

Ele transforma o fluido que sai do dispositivo de expansão na forma de líquido + vapor frio em vapor através da elevação de temperatura do mesmo.

A elevação de temperatura se dá pela absorção de calor do meio em que o fluido está circulando. Em um sistema de ar condicionado esta troca se dá com o ar ambiente (mais quente) que circula através do evaporador com auxílio de um ventilador. Já num equipamento chiller a troca se dá com a água num evaporador do tipo casco-tubo ou de placas brasadas.

 

Falaremos sobre cada um deles de forma mais detalhada em outros artigos.

 

Interligando estes 4 componentes temos as linhas do ciclo de refrigeração:

 

Linha de descarga (compressor -> condensador)

Nesta linha o fluido encontra-se em alta pressão e na forma de vapor superaquecido.

 

Linha de líquido (condensador -> dispositivo de expansão)

Nesta linha o fluido encontra-se em alta pressão e na forma de líquido subresfriado.

 

Linha de expansão (dispositivo de expansão -> evaporador)

Nesta linha o fluido encontra-se em baixa pressão e na forma de líquido + vapor (saturado).

 

Linha de descarga (evaporador -> compressor)

Nesta linha o fluido encontra-se em baixa pressão e na forma de vapor (superaquecido).

 

Não se preocupe com os termos superaquecido, subresfriado e saturado. Iremos ver estes termos num outro artigo.

 

Note também que temos “dois lados” neste ciclo de refrigeração, um lado de alta pressão que vai do compressor até o dispositivo de expansão e um lado de baixa pressão que vai do dispositivo de expansão até o compressor.

 

O importante é você conhecer o ciclo de refrigeração, os termos utilizados para seus componentes básicos e linhas. Reveja o ciclo e tenha ele decorado em sua mente. Como dito no início, ter em mente qual a função dos componentes básicos do ciclo e o estado em que o fluido deve se encontrar em cada uma das linhas do circuito é o fundamental para diagnóstico de problemas e entendimento de todos os demais componentes que são ligados ao ciclo.

 

Um forte abraço e até o próximo artigo.

 

link para vídeo no youtube

18
abr

Calculando a vazão de um compressor de ar

 

Definições

Tipos de pressão existentes:

Pressão absoluta
A referência de pressão mais clara é a pressão zero, existente no espaço sem ar do universo. Uma pressão que esteja relacionada com essa referência de pressão é conhecida como pressão absoluta. Para a diferenciação requerida de outros tipos de pressão, ela é indicada com a sigla “abs”, que deriva do latim “absolutus” significando separado, independente.

Pressão atmosférica
A pressão mais importante para a vida na Terra é provavelmente a pressão atmosférica, pamb (amb = ambiens = ambiente). Ela é criada com o peso da atmosfera que cerca a Terra com uma altura de aproximadamente 500 km. Até essa altitude, onde a pressão absoluta é pabs = zero, sua magnitude diminui continuamente. Além do mais, a pressão atmosférica é sujeita a flutuações dependentes do clima que é bem conhecida através da previsão do tempo diária. Ao nível do mar, pamb fica na média de 1.013,25 hectopascal (hpa), correspondente a 1.013,25 milibar (mbar). Com ciclones e anticiclones, essa pressão varia em torno de 5%.

Pressão diferencial
A diferença entre duas pressões, p1 e p2, é conhecida como pressão diferencial, Δp = p1 – p2. Nos casos onde a diferença entre duas pressões representa sozinha a variação medida, chamamos de pressão diferencial, p1,2.

Sobrepressão (pressão manométrica)
A pressão medida mais frequentemente no campo tecnológico é a pressão atmosférica diferencial, Pe (e = excedens = excessivo). Trata-se da diferença entre uma pressão absoluta, pabs e a pressão atmosférica relevante (absoluta) (pe = pabs – pamb) e é conhecida, em resumo, como sobrepressão ou pressão manométrica (pressão relativa).

Uma sobrepressão positiva significa que a pressão absoluta é maior do que a pressão atmosférica. No caso oposto, estamos falando de sobrepressão negativa.

Considerações iniciais ou aproximações
Como estes cálculos serão feitos no campo e são apenas aproximados, não vamos levar em conta a diferença de vazão devido a altitude, umidade relativa e temperatura onde o compressor está operando.

Muitos manômetros veem com a escala em kgf/cm², podemos considerar, para estes cálculos, 1 bar = 1 kgf/cm².

Cálculos ou o que realmente interessa
Como visto anteriormente, os manômetros que estamos acostumados a trabalhar nos mostram a sobrepressão, ou seja, a diferença de pressão de um sistema onde se encontra conectado o manômetro, um reservatório por exemplo, e a pressão atmosférica.

Quando o manômetro de um reservatório indica 0 barg (o g vem de gauge, manômetro em inglês), isto significa que o mesmo contém ar, mas sua pressão interna é a mesma da atmosfera.

Quando “adicionamos” um volume de ar equivalente ao tamanho do reservatório, elevamos a pressão manométrica em aproximadamente em 1 barg. Por exemplo, num reservatório de 500 litros que esta a 0 barg, quando “adicionamos” 500 litros de ar no mesmo, o manômetro subirá para 1 barg, e assim por diante.

Tendo isto em mente, fica fácil estimar o tempo de enchimento do reservatório quando sabemos a vazão do compressor ou a vazão do compressor quando medimos o tempo de enchimento do reservatório.

Vamos utilizar as fórmulas abaixo:

∆P=P2-P1

ΔP – Diferencial de pressão (barg)
P1 – Pressão inicial (barg)
P2 – Pressão final (barg)

Q=(V ×∆P)/T
T=(V ×∆P)/Q

Q – Vazão efetiva do compressor de ar (litros / segundo)
T – Tempo de duração para o reservatório atingir o ΔP (segundos)
V – Volume do reservatório (litros)

Para facilitar o entendimento, vamos ver dois exemplos.

  1. Cálculo de tempo de enchimento de um reservatório

Um sistema com um compressor de ar de 15 hp, 56 pcm de vazão, ligado a um reservatório de 500 litros. Vamos estimar o tempo para que o reservatório vá de 0 barg a 7 barg.

P2 = 7 barg
P1 = 0 barg
ΔP = 7 barg
Q = 56 pcm ≈ 26,43 l/s
V = 500 l

T = (500 ×7)/26,43 ≅ 132 seg

Ou seja, se tudo estiver certo com o compressor de ar, o mesmo irá demorar aproximadamente dois minutos e 12 segundos para encher o reservatório de 0 barg a 7 barg.

2. Cálculo da vazão do compressor

Um compressor de ar ligado a um reservatório de 1.000 litros demorou 3 minutos e meio para encher o reservatório de 0 barg a 10 barg. Vamos estimar a vazão deste compressor.

P2 = 10 barg
P1 = 0 barg
ΔP = 10 barg
V = 1.000 l
T = 3 min e 30 seg = 210 s

Q=(1.000 ×10)/210≅41,62 l/s≅88 pcm

Considerações finais
Em diversas situações estes cálculos são úteis para os técnicos que estão no campo. Podemos nos certificar, sem abrir nenhum componente do compressor, que o mesmo está trabalhando corretamente.

O desempenho do compressor é uma reclamação recorrente de clientes, mas na maioria dos casos o problema encontra-se na utilização do ar comprimido, seja devido a um aumento de consumo, de vazamentos ou problemas de queda de pressão na rede.

Com base nos princípios apresentados aqui, vamos falar sobre como calcular o consumo de ar causado por vazamentos em uma rede de ar e como calcular o consumo de pistões de acionamento pneumático.

Links para aprofundamentos e estudos
Tipos de pressão: pressão absoluta, pressão manométrica, pressão diferencial
Lei dos gases ideal

 

Link para vídeo no youtube