COMPRESSORES NA REFRIGERAO Laio Mateus Marco Tiago Willian

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COMPRESSORES NA REFRIGERAÇÃO Laio Mateus Marco Tiago Willian 1

COMPRESSORES NA REFRIGERAÇÃO Laio Mateus Marco Tiago Willian 1

COMPRESSOR Ø O compressor é um dos quatro componentes principais de um sistema de

COMPRESSOR Ø O compressor é um dos quatro componentes principais de um sistema de refrigeração por compressão mecânica de vapor; Ø Responsável pela circulação do refrigerante no ciclo, de forma contínua; Ø aumenta a pressão do refrigerante; Ø Aumenta a temperatura do refrigerante enviando o vapor ao condensador; 2

TIPOS DE COMPRESSORES 3

TIPOS DE COMPRESSORES 3

TIPOS DE COMPRESSORES Compressores de deslocamento positivo Aumentam a pressão do vapor do refrigerante

TIPOS DE COMPRESSORES Compressores de deslocamento positivo Aumentam a pressão do vapor do refrigerante através da redução do volume da câmara de compressão através da aplicação de trabalho mecânico no mecanismo de compressão. Exemplos: os alternativos, os rotativos (parafuso, scroll, pistão rolante e palhetas). Compressores dinâmicos Aumentam a pressão do vapor do refrigerante através da transferência contínua de momento angular pelas pás do rotor, acelerando o refrigerante, seguido de uma conversão desse momento em um aumento de pressão, isso é, a conversão da energia cinética em energia de pressão. Os compressores centrífugos são exemplos de compressores. 4

TIPOS DE COMPRESSORES O desempenho dos compressores é o resultado de diversos compromissos de

TIPOS DE COMPRESSORES O desempenho dos compressores é o resultado de diversos compromissos de projeto envolvendo desde as limitações físicas do refrigerante, do compressor e do motor, buscando sempre atender as seguintes condições: Ø Aumento da expectativa de vida do equipamento; Ø Obter o maior efeito de refrigeração para um menor consumo de potência; Ø Diminuição do custo do equipamento; Ø Grande faixa de operação; Ø Níveis de vibração e ruído aceitáveis. 5

COMPRESSORES ALTERNATIVOS ØBaseado no movimento de um pistão dentro de um cilindro. Ø Quando

COMPRESSORES ALTERNATIVOS ØBaseado no movimento de um pistão dentro de um cilindro. Ø Quando o pistão desloca-se do ponto morto superior (PMS) para o ponto morto inferior (PMI), o vapor entra no cilindro através de uma válvula se sucção, que se abre automaticamente pela diferença de pressão. Ø Deslocamento, o volume do cilindro é quase que totalmente preenchido pelo vapor do refrigerante. 6

COMPRESSORES ALTERNATIVOS Ø No movimento ascendente, o pistão de movimenta desde o PMI até

COMPRESSORES ALTERNATIVOS Ø No movimento ascendente, o pistão de movimenta desde o PMI até o PMS. Ø Nesse momento a válvula de sucção encontra-se fechada pela ação de uma mola e a pressão no interior do cilindro aumenta pela diminuição do volume do cilindro. 7

COMPRESSORES ALTERNATIVOS Ø Esse processo continua até que a pressão no interior do cilindro

COMPRESSORES ALTERNATIVOS Ø Esse processo continua até que a pressão no interior do cilindro consiga vencer a pressão da mola da válvula de descarga, próxima da pressão de condensação. Ø Nesse processo, parte do vapor permanece dentro do cilindro, na pressão de descarga, uma vez que o pistão não consegue varrer todo o volume do cilindro. 8

TIPOS DE COMPRESSORES Princípio de operação de um compressor alternativo. 9

TIPOS DE COMPRESSORES Princípio de operação de um compressor alternativo. 9

TIPOS DE COMPRESSORES Exemplos de compressores utilizados em sistemas de refrigeração: (a) alternativo; (b)

TIPOS DE COMPRESSORES Exemplos de compressores utilizados em sistemas de refrigeração: (a) alternativo; (b) centrífugo; (c) palhetas; (d) pistão rolante e (e) parafuso. 10

COMPRESSORES HERMÉTICOS VANTAGENS q Menor ruído; q Ausência de vazamentos. DESVANTAGENS q Perda de

COMPRESSORES HERMÉTICOS VANTAGENS q Menor ruído; q Ausência de vazamentos. DESVANTAGENS q Perda de eficiência devido ao aquecimento do gás pelo enrolamento do motor (superaquecimento); q Contaminação do sistema pelos resíduos após queima do motor; q Difícil manutenção e reparação; q Não permitem o controle de capacidade; q Não podem ser utilizados com amônia; q Capacidades reduzidas; q Apresentam problemas sérios com a umidade do 11 sistema.

ALTERNATIVO - HERMÉTICO Detalhes de um compressor alternativo do tipo hermético. 12

ALTERNATIVO - HERMÉTICO Detalhes de um compressor alternativo do tipo hermético. 12

ALTERNATIVO - HERMÉTICO Detalhes de um compressor alternativo do tipo hermético. 13

ALTERNATIVO - HERMÉTICO Detalhes de um compressor alternativo do tipo hermético. 13

ALTERNATIVO SEMI-HERMÉTICO Compressor semi-hermético, apesar de também compartilhar a mesma carcaça com o motor

ALTERNATIVO SEMI-HERMÉTICO Compressor semi-hermético, apesar de também compartilhar a mesma carcaça com o motor elétrico, existem acessos que permitem reparos de seus componentes internos. As capacidades de refrigeração desse compressor são mais elevadas do que as dos compressores herméticos. . 14

ALTERNATIVO SEMI-HERMÉTICO 15

ALTERNATIVO SEMI-HERMÉTICO 15

ALTERNATIVO ABERTO Compressor aberto não existe nenhuma interligação entre as carcaças do sistema mecânico

ALTERNATIVO ABERTO Compressor aberto não existe nenhuma interligação entre as carcaças do sistema mecânico e a do acionador, com exceção do eixo, que pode ser um motor elétrico, uma turbina ou um motor de combustão, caso comum em sistemas de transporte de produtos resfriados. Ø Ø mais utilizado na refrigeração industrial facilidade de reparo mais robusto maiores capacidades com relação aos demais. 16

Compressor Alternativo Tipo Aberto Detalhes de um compressor alternativo do tipo aberto. 17

Compressor Alternativo Tipo Aberto Detalhes de um compressor alternativo do tipo aberto. 17

Compressor Alternativo Pistão rolante Compressor de pistão rolante, possui apenas uma palheta, atuada por

Compressor Alternativo Pistão rolante Compressor de pistão rolante, possui apenas uma palheta, atuada por uma mola, que divide as câmaras de sucção e descarga. O eixo de rotação (O) é excêntrico ao eixo do rotor (O’), mas coincide com o eixo do cilindro. A selagem entre as regiões de alta e baixa pressão deve ser realizada na linha de contato entre a pá e o rotor e entre a pá e a sua ranhura. Portanto, elevadas tolerâncias devem ser mantidas para evitar folgas nesses locais. Como pode ser visto nessa figura, o compressor apresenta apenas uma válvula, a de descarga. Enquanto a descarga acontece, o volume na sucção é preenchido pelo vapor proveniente do evaporador. O efeito do pequeno volume de vapor residual existente na porta de descarga é diferente do que acontece na sucção do compressor alternativo. No compressor de pistão rolante, o volume na sucção já está completamente preenchido de vapor durante o final da descarga e o volume residual presente na descarga mistura-se com o vapor que está sendo comprimido. 18

Compressor Alternativo Pistão rolante 19

Compressor Alternativo Pistão rolante 19

Compressor Alternativo Pistão rolante Representação dos processos de sucção e descarga de um compressor

Compressor Alternativo Pistão rolante Representação dos processos de sucção e descarga de um compressor de pistão rolante. 20

Compressor Alternativo Palhetas Deslizantes Compressor de palhetas deslizantes, a selagem entre as regiões de

Compressor Alternativo Palhetas Deslizantes Compressor de palhetas deslizantes, a selagem entre as regiões de alta e baixa pressão ocorre nas linhas de contato entre as pás e o cilindro e entre as pás e as ranhuras. Apresenta múltiplas palhetas, forma múltiplas câmaras de compressão onde cada uma representa uma fração da diferença de pressão total do compressor. Não há necessidade de que o rotor tenha contato com o cilindro, mas as folgas radiais devem ser reduzidas ao mínimo para que o vapor comprimido não penetre no lado de sucção. Ao contrário do compressor de pistão rolante, não há necessidade de molas para comprimir as palhetas contra o cilindro, pois operando com altas velocidades as palhetas são arremessadas pela ação da força centrífuga para fora. 21

Compressor Alternativo Palhetas Deslizantes Esse compressor não necessidade de válvulas de sucção ou descarga,

Compressor Alternativo Palhetas Deslizantes Esse compressor não necessidade de válvulas de sucção ou descarga, pois a entrada e saída do vapor são controladas por arranjos geométricos. Quando parado, as pás não são arremessadas para o cilindro e o vapor pode escoar da região de alta pressão para a de baixa pressão. Essa equalização de pressão no rotor é útil, pois podem ser utilizados motores de baixo torque de partida. Por outro lado poderá haver retorno de vapor comprimido (quente) para o evaporador, o que não é conveniente. Para evitar isso, pode-se instalar uma válvula de retenção na descarga do compressor. 22

Compressor Alternativo Palhetas Deslizantes Detalhes de um compressor rotativo tipo palhetas deslizantes. 23

Compressor Alternativo Palhetas Deslizantes Detalhes de um compressor rotativo tipo palhetas deslizantes. 23

Compressor Alternativo Palhetas Deslizantes Nesse compressor, o eixo de rotação (O) coincide com o

Compressor Alternativo Palhetas Deslizantes Nesse compressor, o eixo de rotação (O) coincide com o eixo do rotor, mas é excêntrico em relação ao eixo do cilindro (O’). Detalhes de um compressor rotativo tipo palhetas deslizantes. 24

Compressor Scroll Compressores scroll é o compressor de projeto mais recente. Possui duais espirais

Compressor Scroll Compressores scroll é o compressor de projeto mais recente. Possui duais espirais sendo uma fixa e outra móvel, acionada por um eixo excêntrico. As principais características desse compressor são: Ø Ausência de válvulas de sucção e descarga; Ø Baixo ruído e vibração; Ø Compacto e leve; Ø Alta confiabilidade; Ø Alta eficiência (não possui espaço nocivo). 25

Compressor Scroll Detalhes de um compressor rotativo tipo scroll. 26

Compressor Scroll Detalhes de um compressor rotativo tipo scroll. 26

Compressor Scroll Ø No processo, o refrigerante é comprimido pela interação entre uma espiral

Compressor Scroll Ø No processo, o refrigerante é comprimido pela interação entre uma espiral móvel e uma fixa. Ø O refrigerante entra através de uma das aberturas externas. Ø Na continuação do giro da espiral móvel a abertura externa é fechada e, com o seu movimento, o refrigerante é comprimido através da redução de seu volume. Ø A condição de descarga é atingida quando o refrigerante atinge a região central do compressor. 27

Compressor Scroll Detalhes do processo de compressão de um compressor rotativo tipo scroll. Durante

Compressor Scroll Detalhes do processo de compressão de um compressor rotativo tipo scroll. Durante a operação, todos os volumes se encontram em diferentes estágios de compressão, resultando em um processo de sucção e descarga praticamente contínuo. 28

Compressor Tipo Parafuso Ø O compressor tipo parafuso, consiste de dois rotores, um macho

Compressor Tipo Parafuso Ø O compressor tipo parafuso, consiste de dois rotores, um macho e um fêmea, montados em rolamentos para fixar sua posição dentro de uma carcaça, com elevadas tolerâncias. Ø Esse compressor foi inventado por Lysholm nos anos 30 do século passado, mas só foi utilizado em sistemas de refrigeração 20 anos depois. 29

Compressor Tipo Parafuso Representação em corte de um compressor rotativo tipo parafuso. 30

Compressor Tipo Parafuso Representação em corte de um compressor rotativo tipo parafuso. 30

Compressor Tipo Parafuso Ø O motor de acionamento é geralmente conectado ao rotor macho,

Compressor Tipo Parafuso Ø O motor de acionamento é geralmente conectado ao rotor macho, acionando o rotor fêmea através de um filme de óleo lubrificante. Ø Para aplicações de baixa e média pressão, como na refrigeração industrial, o rotor macho possui quatro a cinco lóbulos enquanto o rotor fêmea possui seis ou sete lóbulos. 31

Compressor Tipo Parafuso Representação em corte de um compressor rotativo tipo parafuso. 32

Compressor Tipo Parafuso Representação em corte de um compressor rotativo tipo parafuso. 32

Compressor Tipo Parafuso O processo de compressão é dividido em três etapas: (a) (b)

Compressor Tipo Parafuso O processo de compressão é dividido em três etapas: (a) (b) Processos de (a) Sucção; (b) Compressão; (c) Descarga. (c) 33

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) (c) Processos de (a) sucção, (b) compressão e (c)

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) (c) Processos de (a) sucção, (b) compressão e (c) descarga em um compressor parafuso (a) (b) Posição da entrada de vapor 34

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) Final do processo de sucção 35

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) Final do processo de sucção 35

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) Início do processo de compressão 36

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) Início do processo de compressão 36

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) Final do processo de compressão 37

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) Final do processo de compressão 37

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) Processo de descarga 38

Compressor Tipo Parafuso (a) (b) Processo de descarga 38

Separação e resfriamento do óleo Ø A maioria dos compressores parafuso usados atualmente usa

Separação e resfriamento do óleo Ø A maioria dos compressores parafuso usados atualmente usa a injeção de óleo da região de compressão para lubrificação, vedação entre os parafusos durante a compressão e resfriamento. Ø A quantidade de óleo injetado varia entre 38 a 75 L/min à cada 75 k. W de potencia do compressor. Ø Dessa forma, a maior parte do calor resultante do processo de compressão é transferido para o óleo, reduzindo a temperatura de descarga mesmo em altas relações de compressão. 39

Separação e resfriamento do óleo Ø Entretanto, esse óleo é indesejável nas outras partes

Separação e resfriamento do óleo Ø Entretanto, esse óleo é indesejável nas outras partes do processo, principalmente nos trocadores de calor, onde funciona como um fator de incrustação, exigindo o uso de separadores de óleo. Ø Um tipo de separador de óleo muito utilizado é apresentado na figura a seguir. 40

Separação e resfriamento do óleo Separador de óleo em um compressor parafuso. 41

Separação e resfriamento do óleo Separador de óleo em um compressor parafuso. 41

Compressor Tipo Parafuso Características principais desse compressor: Ø Alta eficiência volumétrica, pois não há

Compressor Tipo Parafuso Características principais desse compressor: Ø Alta eficiência volumétrica, pois não há espaço nocivo; Ø Baixa temperatura de descarga (entre 60 a 80 °C), obtida através da injeção de óleo na câmara de compressão; Ø Menor número de componentes; ØAusência de válvulas de sucção e descarga; Ø Baixo ruído; Ø Menor vibração; 42

Bibliografia Ø Pillis, J. W. , 1999, Basics of operation and application of oil

Bibliografia Ø Pillis, J. W. , 1999, Basics of operation and application of oil flooded Rotary screw compressor. Ø Proceedings of the 28 th. Turbomachinery Symposium. Turbomachinery Laboratories. The Texas A&M University, College Station. Ø Stoecker, W. F. , Sainz Jabardo, J. M. , Refrigeração industrial. Edgard Blücher, 2002. Ø Gosney, W. B. , Principles of refrigeration. Cambridge University Press, 1982. 43