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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - FATECSP INSTALAÇÃO ANDRÉ MACEDO DE ABREU SANTA ROSA CONRADO SILVA GUIMARAES

Instalação de Compressores

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Page 1: Instalação de Compressores

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO - FATECSP

INSTALAÇÃO

ANDRÉ MACEDO DE ABREU SANTA ROSA

CONRADO SILVA GUIMARAES

PEDRO PELLISSER ALBERGARD

RICARDO DE JESUS GERBELLI

RODRIGO CLAUDIO ANGELELI

2010

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2

FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO – FATECSP

INSTALAÇÃO

Monografia apresentada à

Faculdade de Tecnologia de São Paulo

como exigência parcial para a conclusão do curso

de Processos de Produção

Orientador: Prof. Senra

ANDRÉ MACEDO DE ABREU SANTA ROSA

CONRADO SILVA GUIMARAES

PEDRO PELLISSER ALBERGARD

RICARDO DE JESUS GERBELLI

RODRIGO CLAUDIO ANGELELI

2010

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PELLISSER ALBERGARD, PEDRO

Monografia sobre Instalação de compressores de ar comprimido / PEDRO 59p. Monografia – Faculdade de Tecnologia de São Paulo. São Paulo, 2010. Área de concentração: Processos de Produção Orientador: Prof. Senra 1.Compressores 2.Conceitos 3.Instalação

Page 4: Instalação de Compressores

4

AGRADECIMENTOS

Ao Sr. Edilson Donizetti Albergard, por sua paciência e disponibilidade, ao nos

apresentar o departamento de manutenção da empresa CPTM, responsável por

todo o embasamento técnico para a confecção deste trabalho.

As nossas famílias pela paciência e colaboração para a realização deste trabalho.

Ao nosso estimado orientador Prof. Senra, pela paciência e orientações em nossos

momentos de dúvidas.

Page 5: Instalação de Compressores

5

RESUMO

Compressores são de fundamental importância para o funcionamento

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ABSTRACT

Page 7: Instalação de Compressores

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SUMÁRIO

SUMÁRIO....................................................................................................................7

INTRODUÇÃO...........................................................................................................10

CAPÍTULO 1 - COMPRESSORES...........................................................................11

1.1 Funcionamento de um compressor..................................................................11

1.2 Compressores Alternativos..............................................................................13

1.3 Compressor parafuso.......................................................................................15

1.4 Compressor de palhetas..................................................................................18

1.5 Compressores centrífugos...............................................................................20

1.6 Compressores Scroll........................................................................................23

1.6.1 Princípio de Funcionamento..........................................................................24

CAPÍTULO 2 – O CICLO FRIGORÍFICO...................................................................27

2.1 – Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor.......................................27

2.2 – Ciclo Teórico de Refrigeração por Compressão de Vapor............................28

2.3 – Ciclo Real de Compressão de Vapor............................................................31

CAPÍTULO 3 – COMPRESSORES SEMI-HERMÉTICOS........................................33

3.1 Introdução........................................................................................................33

3.1 – Caracterização do compressor.....................................................................34

CAPÍTULO 4 - INSTALAÇÃO....................................................................................35

4.1 Introdução........................................................................................................35

4.1 Plano de ação..................................................................................................37

4.1.2 Detalhamento do compressor......................................................................40

4.2 Procedimentos para instalação.......................................................................41

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4.2.1 Remoção do Compressor Danificado...........................................................42

4.2.2 Limpeza do Sistema......................................................................................43

4.2.3 Instalação do Novo Compressor...................................................................43

4.2.3.1 Brasagem...................................................................................................44

4.3 Detecção de Vazamentos................................................................................46

4.4 Evacuação do Sistema....................................................................................46

4.5 Procedimento para Carga de Fluido Refrigerante...........................................46

4.6 Partida..............................................................................................................47

4.6.1. Carga de óleo...............................................................................................47

4.6.1.1 Procedimento.............................................................................................48

4.6.2 Testes de Vazamento / vácuo.......................................................................48

4.6.3 Carga de refrigerante...................................................................................49

4.6.4 Partida...........................................................................................................50

4.6.4.1 Antes da partida........................................................................................50

4.6.4.2 Procedimentos finais para a partida...........................................................50

4.6.4.3 Partida........................................................................................................51

4.6.4.4 Controle do nível de óleo...........................................................................52

CAPÍTULO 5 - INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO DE COMPRESSORES TIPO

PARAFUSO...............................................................................................................55

CONCLUSÃO............................................................................................................60

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................61

Page 9: Instalação de Compressores

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Page 10: Instalação de Compressores

10

INTRODUÇÃO

Esta monografia aborda assuntos inerentes a instalação de compressores

semi-herméticos para ar condicionado, que consiste num dos principais

componentes de um clico de refrigeração de ar.

Portanto o objetivo é explanar como ocorreu a instalação de compressores

semi-herméticos para ar condicionado nos trens da Companhia Paulista de Trens

Metropolitanos (CPTM), empresa vinculada à Secretaria dos Transportes

Metropolitanos do Estado de São Paulo, que tem suas atividades atribuídas à

operação de trens destinados ao transporte coletivo na região da Grande São Paulo.

Para realizar esta monografia usaremos diversos artifícios, tais como

pesquisas bibliográficas, entrevistas com profissionais da área de manutenção da

CPTM e conhecimentos adquiridos ao longo do curso.

Iniciaremos demonstrando o principio de funcionamento de um compressor e

seu papel no ciclo de refrigeração. Também vamos demonstrar os diferentes tipos

de compressores existentes, afim de se ter um efeito meramente comparativo.

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CAPÍTULO 1 - COMPRESSORES

1.1 Funcionamento de um compressor

O compressor é um dos principais componentes do sistema de refrigeração,

sua função é aumentar a pressão do fluido refrigerante e promover a circulação

desse fluido no sistema. Os principais tipos de compressores utilizados são:

alternativo, centrífugo, de parafusos, palhetas e Scroll. A escolha do tipo de

compressor depende essencialmente da capacidade da instalação, que pode ser

dividida em pequena capacidade (< 2,5 TR), média capacidade (entre 2,5 e 75 TR) e

grande capacidade (> 75 TR), da temperatura de vaporização e do fluido frigorífico

utilizado. O símbolo TR é a tonelada de refrigeração, um termo comumente utilizado

em refrigeração que corresponde à energia necessária para liquefazer,

aproximadamente, uma tonelada de gelo em 24 horas (1,0 TR = 3,53 kW = 3024

kcal/h).

De acordo com as características do processo de compressão, os

compressores utilizados em refrigeração podem ser classificados como máquinas de

deslocamento positivo ou máquinas de fluxo. O compressor de deslocamento

positivo aumenta a pressão do vapor de fluido refrigerante pela redução do volume

interno de uma câmara de compressão através de uma força mecânica aplicada. Os

compressores alternativos, de parafusos, de palhetas e Scroll são de deslocamento

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12

positivo. O único compressor classificado como máquina de fluxo em sistemas de

refrigeração é o centrífugo. Nesse tipo de compressor, o aumento de pressão se

deve, principalmente, a conversão de pressão dinâmica em pressão estática.

Dependendo da concepção de construção, os compressores podem ser

classificados como herméticos, semi-herméticos e abertos. No compressor

hermético tanto o compressor, propriamente dito, quanto o motor de acionamento

são alojados no interior de uma carcaça, possuindo como acesso de entrada e saída

apenas as conexões elétricas 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. São geralmente

utilizados em refrigeradores domésticos e condicionadores de ar com potências da

ordem de 30KW.

Os compressores semi-herméticos são semelhantes aos herméticos, porém,

permitem a remoção do cabeçote, tornando possível o acesso às válvulas e aos

pistões, facilitando os serviços de manutenção.

Nos compressores do tipo aberto, o eixo de acionamento do compressor

atravessa a carcaça permitindo o acionamento por um motor externo. Esse tipo de

compressor é adequado para operar com amônia, podendo também utilizar

refrigerantes halogenados.

Page 13: Instalação de Compressores

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1.2 Compressores Alternativos

Os compressores alternativos são os mais utilizados em sistemas de

refrigeração, se encontram em estágio de desenvolvimento bastante avançado e são

amplamente utilizados em sistemas de pequena e média capacidade. São

fabricados com capacidades que variam desde uma fração de TR até cerca de 200

TR (de 1 a 700KW). Os refrigerantes HCFC-22, HFC-134a, HFC- 404A, HFC-407A e

HFC-407C são freqüentemente utilizados com esses compressores em sistemas de

ar condicionado para conforto e processos, enquanto o refrigerante R-717 (amônia)

é utilizado em sistemas de refrigeração industrial.

Os compressores alternativos podem ser:

• De simples ou duplo efeito;

• De um ou mais cilindros;

• Abertos, herméticos ou semi-herméticos;

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

A Figura 3.1 apresenta esquematicamente o princípio de funcionamento de

um compressor alternativo. Durante a expansão do êmbolo, gás refrigerante é

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14

aspirado pela válvula de admissão, que pode estar localizada no próprio êmbolo ou

no cabeçote. Durante a compressão, o êmbolo comprime o refrigerante,

empurrando-o para fora através da válvula de descarga, localizada normalmente no

cabeçote do cilindro.

Figura 3.1: Princípio de funcionamento de um compressor alternativo.

Quando o compressor possui um virabrequim que atravessa a carcaça de

maneira que um motor externo possa ser acoplado ao seu eixo, ele é denominado

“compressor aberto”. Nesse tipo de compressor deve ser previsto um selo de

vedação para evitar fugas de gás refrigerante ou infiltração de ar externo, quando a

pressão do sistema for inferior a atmosférica. Para evitar esse tipo de problema

pode-se alojar o motor e o compressor dentro da mesma carcaça, nesse caso tem-

se um compressor hermético. A grande maioria das aplicações de pequeno porte

utiliza esse tipo de compressor. Compressores herméticos de grande capacidade

possuem cabeçotes removíveis, permitindo a manutenção das válvulas e dos

êmbolos. Tais compressores são denominados semi-herméticos. Há compressores

Page 15: Instalação de Compressores

15

que apresentam molas na parte que fixa as sedes das válvulas de descarga,

funcionando como segurança do compressor ao abrir passagem para gotículas de

líquido.

1.3 Compressor parafuso

Os compressores parafuso podem ser classificados como de parafuso

simples e duplo. Os compressores de parafuso duplo são mais amplamente

utilizados que os simples, devido a sua eficiência isentrópica ligeiramente maior, em

torno de 3 a 4%.

A Figura 3.11 apresenta um corte transversal dos rotores de um compressor

de parafuso duplo. O rotor macho aciona o rotor fêmea, o qual fica alojado em uma

carcaça estacionária. O refrigerante entra pela parte superior em uma das

extremidades e sai pela parte inferior da outra extremidade. Quando o espaço entre

os ressaltos passa pela entrada, a cavidade é preenchida pelo refrigerante, na

medida em que rotação continua o refrigerante retido na cavidade move-se,

circulando pela carcaça do compressor, até encontrar um ressalto do rotor macho,

que começa a se encaixar na cavidade do rotor fêmea, reduzindo o volume da

cavidade e comprimindo o gás. Ao atingir o orifício de saída ocorre a descarga

devido ao encaixe do ressalto na cavidade. Com a finalidade de lubrificação e

vedação, óleo é adicionado ao sistema, assim, em sistemas operando com

compressores parafuso, torna-se necessário à instalação de um separador de óleo.

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16

Figura 3.11: Rotores de um compressor parafuso e corte transversal.

O desempenho de um compressor parafuso depende do seu projeto, que

define suas razões de volume e de pressão.

A Figura 3.12 apresenta eficiência de compressão de compressores parafuso

para diversas razões entre volumes e pressões. A menos que ocorra uma variação

drástica na razão de pressão, os valores da eficiência de compressão sofrem pouca

variação.

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17

Figura 3.12 - Eficiência de compressão para compressores parafuso.

A capacidade de resfriamento dos compressores de parafuso duplo está na

faixa de 20 a 1300TR (70 a 4570KW). Capacidades de resfriamento entre 50 e

350TR (176 a 1230KW) são normalmente utilizadas. A relação de pressão em

compressores parafuso pode ser da ordem de 20:1 em simples estágio. Os

refrigerantes HCFC-22, HFC-134a e HFC-407C são normalmente empregados em

compressores parafuso para condicionamento de ar para conforto e a amônia (R-

717) é utilizada para aplicações industriais.

Os requerimentos mínimos de eficiência em função da capacidade, segundo a

ASHRAE, para resfriadores de água com compressores parafuso com condensação

a água são:

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• Capacidade inferior a 150TR COP = 3,8

• Capacidade entre 150 e 300TR COP = 4,2

• Capacidade superior a 300TR COP = 5,2

O controle de capacidade em compressores parafuso pode ser feito através

de válvulas corrediças localizadas na carcaça do compressor, que se movem na

direção axial provocando um retardamento do início da compressão.

1.4 Compressor de palhetas

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

• Compressor de palheta simples;

• Compressor de múltiplas palhetas.

A Figura 3.13 apresenta um compressor de palheta simples. Nesse tipo de

compressor a linha de centro do eixo de acionamento coincide com a do cilindro,

porém, é excêntrica em relação ao rotor, de maneira que, o rotor e o cilindro

permanecem em contato à medida que gira. Uma palheta simples acionada por

mola, divide as câmaras de aspiração e descarga.

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O HCFC-22 é o refrigerante mais utilizado nesse tipo de compressor e os

refrigerantes HFC-407C e HFC-410A são seus substitutos. A eficiência mecânica

típica de um compressor de palhetas operando com uma relação de pressão de 3,5

são de 0,87.

A Figura 3.14 apresenta compressores de múltiplas palhetas. Nesses

compressores o rotor gira em torno do próprio eixo, que não coincide com o eixo do

cilindro. O rotor possui duas ou mais palhetas que permanecem em contato com a

superfície do cilindro pela ação da força centrífuga.

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De acordo com a ASHRAE Handbook, 1996, para uma temperatura ambiente

de 35OC, temperatura de evaporação de 1,7OC, temperatura de condensação de

54,4OC e subresfriamento de 8,3OC o COP de um sistema com compressor de

palhetas deve estar em torno de 2,7. Devido ao movimento rotativo os compressores

de palhetas apresentam menor ruído em relação aos alternativos.

1.5 Compressores centrífugos

Os compressores centrífugos foram introduzidos em instalações frigoríficas

por Willis Carrier em 1920, são amplamente utilizados em sistemas de grande porte.

Seu princípio de funcionamento é semelhante ao de uma bomba centrífuga. O

refrigerante entra pela abertura central do rotor e, devido à ação da força centrífuga,

ganha energia cinética à medida que é deslocado para a periferia. Ao atingir as pás

do difusor ou a voluta, parte de sua energia cinética é transformada em pressão. Em

Page 21: Instalação de Compressores

21

situações onde são necessárias altas razões de pressão podem-se utilizar

compressores de múltiplos estágios.

A Figura 3.15 apresenta o desenho esquemático de um compressor

centrífugo.

Figur

a 3.15: Desenho esquemático de um compressor centrífugo.

A Figura 3.16 apresenta um gráfico característico de desempenho de um

compressor centrífugo onde no eixo das abscissas tem-se a vazão e no eixo das

ordenadas tem-se a razão de pressões. O gráfico apresenta o desempenho do

compressor para diversas rotações e as linhas de eficiência constante.

Page 22: Instalação de Compressores

22

Figura 3.16: Desempenho de um compressor centrífugo.

Os requerimentos mínimos de eficiência em função da capacidade, segundo a

ASHRAE, para resfriadores de água com compressores centrífugos com

condensação a água são idênticos 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

Page 23: Instalação de Compressores

23

1.6 Compressores Scroll

O compressor Scroll foi inventado em 1905 pelo engenheiro francês Léon

Creux. Na época, a tecnologia disponível não era avançada o suficiente para permitir

a fabricação de um protótipo, devido a, principalmente, problemas de vedação. Para

um funcionamento efetivo, o compressor Scroll requer tolerâncias de fabricação

muito pequenas, que foram atendidas apenas a partir da segunda metade do século

20, com desenvolvimento de novas tecnologias de máquinas operatrizes e

processos de manufatura.

O princípio de funcionamento do compressor Scroll, baseado num movimento

orbital, difere fundamentalmente do tradicional compressor a pistão, baseado num

movimento alternativo, apresentando diversas vantagens como:

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

• Ausência de válvulas;

• Menor quantidade de partes móveis em relação a um compressor alternativo;

• Operação suave e silenciosa;

• Baixa variação de torque com conseqüente aumento da vida útil e redução de

vibração;

Page 24: Instalação de Compressores

24

A Figura 3.17 apresenta um compressor Scroll indicando seus diversos

componentes.

Figura 3.17: Compressor Scroll

1.6.1 Princípio de Funcionamento

Para realizar o trabalho de compressão, o compressor Scroll possui duas

peças em forma de espiral, conforme Figura 3.18, encaixadas face a face uma sobre

Page 25: Instalação de Compressores

25

a outra. A espiral superior é fixa e apresenta uma abertura para a saída do gás. A

espiral inferior é móvel, acionada por um motor com eixo excêntrico.

Figura 3.18: Espirais do compressor Scroll

A sucção do gás ocorre na extremidade do conjunto de espirais e a descarga

ocorre através da abertura da espiral fixa, conforme figura 3.19. A espiral superior

possui selos que deslizam sobre a espiral inferior atuando de maneira semelhante

aos anéis do pistão de um compressor alternativo, garantindo a vedação do gás

entre as superfícies de contato das espirais.

Figura 3.19: Sucção e descarga nas espirais.

Page 26: Instalação de Compressores

26

Como ilustrado na Figura 3.20 o processo de compressão ocorre da seguinte

forma:

1- Durante a fase de sucção o gás entra pela lateral da espiral;

2- As superfícies das espirais na periferia se encontram formando bolsas de gás;

3- Na fase de compressão, o volume da bolsa de gás é progressivamente reduzido,

e o gás caminha para o centro das espirais;

4- O volume da bolsa de gás é reduzido ainda mais, o gás caminha para o centro e a

compressão continua;

5- Na fase de descarga, o volume na parte central das espirais é reduzido à zero,

forçando o gás a sair pela abertura de descarga.

Figura 3.20: Processo de compressão em um compressor Scroll.

Page 27: Instalação de Compressores

27

CAPÍTULO 2 – O CICLO FRIGORÍFICO

2.1 – Ciclos de Refrigeração por Compressão de Vapor.

Se um líquido for introduzido num vaso onde existe, inicialmente, um grau de

vácuo e cujas paredes são mantidas a temperatura constante, ele se evaporará

imediatamente. No processo, o calor latente de vaporização, ou seja, o calor

necessário para a mudança do estado líquido para o estado vapor é fornecido pelas

paredes do vaso. O efeito de resfriamento resultante é o ponto de partida do ciclo de

refrigeração, que será examinado neste capítulo.

À medida que o líquido se evapora, a pressão dentro do vaso aumenta até

atingir, eventualmente, a pressão de saturação para a temperatura considerada.

Depois disto nenhuma quantidade de líquido evaporará e, naturalmente, o efeito de

resfriamento cessará. Qualquer quantidade adicional de líquido introduzido

permanecerá no neste estado, isto é, como líquido no fundo do vaso. Se for

removida parte do vapor do recipiente conectando-o ao lado de sucção de uma

bomba, a pressão tenderá a cair, isto provocará uma evaporação adicional do

líquido. Neste aspecto, o processo de resfriamento pode ser considerado contínuo.

E, para tal, necessita-se: de um fluido adequado, o refrigerante; um recipiente onde

a vaporização e o resfriamento sejam realizados, chamado de evaporador; e um

elemento para remoção do vapor, chamado de compressor.

Page 28: Instalação de Compressores

28

O sistema apresentado até agora não é prático, pois envolve um consumo

contínuo de refrigerante. Para evitar este problema é necessário converter o

processo num ciclo. Para fazer o vapor retornar ao estado líquido, o mesmo deve

ser resfriado e condensado. Usualmente, utiliza-se a água ou o ar, como meio de

resfriamento, os quais se encontram a uma temperatura, substancialmente, mais

elevada do que a temperatura reinante no evaporador.

A pressão de vapor correspondente à temperatura de condensação deve, portanto,

ser bem mais elevada do que a pressão no evaporador. O aumento desejado de

pressão é promovido pelo compressor.

A liquefação do refrigerante é realizada num condensador que é,

essencialmente, um recipiente resfriado externamente pelo ar ou água. O gás

refrigerante quente (superaquecido) com alta pressão é conduzido do compressor

para o condensador, onde é condensado. Resta agora completar o ciclo, o que pode

ser feito pela inclusão de uma válvula ou outro dispositivo regulador, que será usado

para injeção de líquido no evaporador. Este é um componente essencial de uma

instalação de refrigeração e é chamado de válvula de expansão.

2.2 – Ciclo Teórico de Refrigeração por Compressão de Vapor

Um ciclo térmico real qualquer deveria ter para comparação o ciclo de

CARNOT, por ser este o ciclo de maior rendimento térmico possível. Entretanto,

dado as peculiaridades do ciclo de refrigeração por compressão de vapor, define-se

Page 29: Instalação de Compressores

29

outro ciclo que é chamado de ciclo teórico, no qual os processos são mais próximos

aos do ciclo real e, portanto, torna-se mais fácil comparar o ciclo real com este ciclo

teórico (existem vários ciclos termodinâmicos ideais, diferentes do ciclo de Carnot,

como o ciclo ideal de Rankine, dos sistemas de potência a vapor, o ciclo padrão ar

Otto, para os motores de combustão interna a gasolina e álcool, o ciclo padrão ar

Brayton, das turbinas a gás, etc). Este ciclo teórico ideal é aquele que terá melhor

performance operando nas mesmas condições do ciclo real.

A Figura 2.1 mostra um esquema básico de um sistema de refrigeração por

compressão de vapor com seus principais componentes, e o seu respectivo ciclo

teórico construído sobre um diagrama de Mollier, no plano P-h. Os equipamentos

esquematizados na Figura 2.1 representam, genericamente, qualquer dispositivo

capaz de realizar os respectivos processos específicos indicados.

Page 30: Instalação de Compressores

30

Os processos termodinâmicos que constituem o ciclo teórico em seus

respectivos equipamentos são:

a) Processo 1→2. Ocorre no compressor, sendo um processo adiabático reversível

e, portanto, isentrópico, como mostra a Figura 2.1. O refrigerante entra no

compressor à pressão do evaporador (Po) e com título igual a 1 (x =1). O

refrigerante é então comprimido até atingir a pressão de condensação (Pc) e, ao sair

do compressor está superaquecido à temperatura T2, que é maior que a

temperatura de condensação TC.

b) Processo 2→3. Ocorre no condensador, sendo um processo de rejeição de calor,

do refrigerante para o meio de resfriamento, à pressão constante. Neste processo o

fluido frigorífico é resfriado da temperatura T2 até a temperatura de condensação TC

e, a seguir, condensado até se tornar líquido saturado na temperatura T3, que é

igual à temperatura TC.

c) Processo 3→4. Ocorre no dispositivo de expansão, sendo uma expansão

irreversível a entalpia constante (processo isentálpico), desde a pressão PC e

líquido saturado (x=0), até a pressão de vaporização (Po). Observe que o processo

é irreversível e, portanto, a entropia do refrigerante na saída do dispositivo de

expansão (s4) será maior que a entropia do refrigerante na sua entrada (s3).

d) Processo 4→1. Ocorre no evaporador, sendo um processo de transferência de

calor a pressão constante (Po), conseqüentemente a temperatura constante (To),

Page 31: Instalação de Compressores

31

desde vapor úmido (estado 4), até atingir o estado de vapor saturado seco (x=1).

Observe que o calor transferido ao refrigerante no evaporador não modifica a

temperatura do refrigerante, mas somente muda sua qualidade (título).

2.3 – Ciclo Real de Compressão de Vapor

As diferenças principais entre o ciclo real e o ciclo teórico estão mostradas na

Figura 2.2, as quais serão descritas a seguir. Uma das diferenças entre o ciclo real e

o teórico é a queda de pressão nas linhas de descarga, líquido e de sucção assim

como no condensador e no evaporador.

Estas perda de carga ΔPd e ΔPs estão mostradas na Figura 2.2.

Page 32: Instalação de Compressores

32

Outra diferença é o sub-resfriamento do refrigerante na saída do condensador

(nem todos os sistemas são projetados com sub-resfriamento), e o

superaquecimento na sucção do compressor, sendo este também um processo

importante que tem a finalidade de evitar a entrada de líquido no compressor. Outro

processo importante é o processo de compressão, que no ciclo real é politrópico (s1

≠ s2), e no processo teórico é isentrópico.

Devido ao superaquecimento e ao processo politrópico de compressão a

temperatura de descarga do compressor (T2) pode ser muito elevada, tornando-se

um problema para os óleos lubrificantes usados nos compressores frigoríficos. A

temperatura de descarga não deve ser superior a 130 °C, o que, por vezes, exige o

resfriamento forçado do cabeçote dos compressores, principalmente quando são

utilizados os refrigerantes R717 e R22, (com baixas temperaturas de evaporação).

Muitos outros problemas de ordem técnica, dependendo do sistema e sua aplicação,

podem introduzir diferenças significativas além das citadas até aqui.

Page 33: Instalação de Compressores

33

CAPÍTULO 3 – COMPRESSORES SEMI-HERMÉTICOS

3.1 Introdução

Os compressores semi-herméticos são construídos de forma que o motor

elétrico seja refrigerado pelo próprio gás de sucção. Desta forma, o gás refrigerante

na forma de vapor passa através do motor elétrico, mantendo a temperatura do rotor

e do estator em níveis baixos. No caso dos compressores herméticos, rotor, estator

e pistões encontram-se em uma única câmara o que determina um formato

compacto. Geralmente, são produzidos em chapas estampadas e no formato

cilíndrico na vertical, mas esta forma embora mais barata e rápida de construir

determina a utilização de uma maior quantidade de gás refrigerante para a “auto-

refrigeração”, pois seu corpo dificulta a rejeição do calor interno para o ambiente, por

conseqüência diminui seu rendimento térmico.

Page 34: Instalação de Compressores

34

3.1 – Caracterização do compressor

Fabricante: Bitzer Compressores LTDA

Tipo: Parafuso semi-hermético compacto

Modelo: HSK 6451-50

Motor (HP) : 50

Descolamento: 15,0 kgf/cm²

Potência +5/40ºC: 146,706 Kcal/h

Potência 15/40ºC: 68,456 Kcal/h

Gás: R164a

Acionamento: Motor Elétrico

Preço: 9.253,00 euros

Page 35: Instalação de Compressores

35

CAPÍTULO 4 - INSTALAÇÃO

4.1 Introdução

Os trens da CPTM da série TUE 2000 foram desenvolvidos para operação em

continente europeu, portando todos os dados de projeto levaram em consideração

características de lá.

O sistema de ar condicionado dos vagões foi dimensionado levando em

consideração as características climáticas européias e quando os trens começaram

a operar em linhas brasileiras, com o clima tropical houve inúmeros problemas com

o sistema de climatização e ar condicionado, principalmente com os compressores

que com o clima tropical estavam precisando de manutenção acima do normal para

limpeza do sistema, contaminação da tubulação, ou ate queima do motor.

O crescente número de falhas no sistema de climatização e ar condicionado

se refletia na queda da qualidade do conforto dos usuários, em dias com

temperatura acima de 25º por exemplo a CPTM registrava um aumento de 30% nas

queixas dos usuários do sistema, além de uma aumento de 5% do número de

usuários que passam mal.

Page 36: Instalação de Compressores

36

Abaixo vemos o gráfico de falhas relevantes.

Page 37: Instalação de Compressores

37

Como podemos notar as falhas tipo “L” que correspondem ao sistema de

climatização e ar condicionado lideram o ranking de falhas.

4.1 Plano de ação

Para atenuar o número de falhas relativas ao sistema de climatização e ar-

condicionado foi elaborado o seguinte plano de ação:

Grupo – L – CLIMATIZAÇÃO E AR-CONDICIONADO

I. Ações propostas para - Reset e Inspecionado e não identificado

Page 38: Instalação de Compressores

38

Limpeza sistemática dos contatos dos relês de comando 72Vcc e 230Vca.

Segue o mesmo procedimento de limpeza dos contatos realizados em revisão

geral. Alterar o plano de manutenção acrescentando inspeção nas revisões

de nível "D" e limpeza nas de nível "E".

Previsão para início = 10/2/2010

Implementado 100% - Concluído

Limpeza sistemática dos contatos auxiliares de informação de partida do

compressor.

Previsão para início = 14/4/2010

Implementado 100% - Concluído

Tratamento galvânico nas hélices do motor evaporador.

Previsão para início = 30/4/2010

Implementado 33% até 26/09/10

II. Motor condensador

Substituição sistemática por motores revisados conforme nova escopo de

revisão.

Page 39: Instalação de Compressores

39

Previsão para início = 19/5/2010

Implementado 11% até 26/09/10

III. Dreno entupido

Executar a limpeza da tubulação do sistema de drenagem com ar comprimido

e após o retrabalho verificar escoamento do fluido. Alterar o plano de

manutenção, estabelecer a limpeza, com abertura do bujão, em todas as

revisões de nível "D".

Previsão para início = 10/1/2010

Implementado 17% até 26/09/10

IV. Entupimento da tela de retenção de resíduos

Substituir as telas de retenção de resíduos que são de aço carbono por aço

inoxidável. Realizar a limpeza do furo de escoamento ao substituir as telas.

Previsão para início = 01/12/09

Implementado 100% - Concluído

Page 40: Instalação de Compressores

40

V. Compressor

Substituir durante as Revisões Gerais RG, os compressores herméticos por

compressores semi-herméticos, de maneira que os TUE’s que passarem por

RG tenham apenas compressores herméticos (originais não recondicionados)

ou compressores semi-herméticos.

Avaliar os compressores (não recondicionados) retirados da RG (Medir:

corrente, tensão, isolação, pressão de sucção e pressão de descarga) e caso

aprovado, disponibilizar para manutenção.

Previsão para início = 03/05/09

Implementado 18% até 26/09/10

4.1.2 Detalhamento do compressor

Page 41: Instalação de Compressores

41

4.2 Procedimentos para instalação

Page 42: Instalação de Compressores

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Para a correta instalação dos novos compressores foi elaborado um tutorial com os

procedimentos a serem seguidos pelos técnicos responsáveis pela troca dos

compressores.

4.2.1 Remoção do Compressor Danificado

Antes de qualquer procedimento de manutenção ou desmontagem,

desligue o sistema de energia elétrica que alimenta o

equipamento. Um descuido pode ser fatal.

Retire os acessórios elétricos do compressor. Verifique o terminal

em que cada fio é conectado.

Use um maçarico de alta temperatura para dessoldar as linhas de

sucção e descarga do compressor.

Verifique se não há excesso de óleo no sistema, medindo o nível de

Page 43: Instalação de Compressores

43

óleo no compressor defeituoso.

Nota: Se o nível de óleo for baixo, retire o excesso do sistema.

Retire o compressor defeituoso.

Com tampões de borracha vede os tubos do sistema para evitar

contaminação.

4.2.2 Limpeza do Sistema

A limpeza do sistema é obrigatória nos casos de queima do compressor;

para remoção total dos contaminantes, evitando a queima de outros

compressores.

Esta limpeza poderá ser feita pela passagem de R-141b ou Vertrel ©XF.

Recomenda-se a instalação de um filtro secador na linha de sucção para

retenção dos ácidos e filtragem das impurezas.

4.2.3 Instalação do Novo Compressor

Page 44: Instalação de Compressores

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Não remova os tampões de borracha dos passadores do compressor até

que todas as conexões, instalação de filtros secadores e adaptações

dos tubos de sucção e descarga já tenham sido feitas.

Atenção: O compressor não deve ficar aberto para atmosfera por mais

de 15 minutos.

Utilizar filtros secadores adequados sempre que um compressor for

substituído. Se o novo compressor for utilizado para substituir um compressor

com motor queimado, recomendamos o uso de um filtro secador com alto

poder de neutralização.

Fixe o compressor na posição correta;

Com um alicate retire os tampões de borracha dos tubos passadores do

compressor.

Solde as tubulações do sistema e o tubo de processo nos passadores do

compressor.

4.2.3.1 Brasagem

Page 45: Instalação de Compressores

45

Para uma correta brasagem (soldagem) seguir as recomendações a seguir:

Circular nitrogênio (N2) através da tubulação, com pressão interna de 1

a 3 psig, assegurando-se de que a tubulação esteja isenta de qualquer

contaminante (óleos, graxas, ácidos, etc...).

Para evitar a oxidação ou formação de .carepa., na parte externa, limpe

cuidadosamente a tubulação nos pontos onde haverá brasagem. Caso

haja tinta, remova-a com auxílio de lixa.

Utilizar um pano úmido na soldagem de válvulas, conexões e tubulação,

evitando a propagação de calor e por conseqüência, danificação do

componente.

Evitar o aquecimento em excesso das tubulações.

Não direcione a chama para o compressor.

Evitar que os tubos fiquem tensionados após a brasagem.

Use vareta de solda compatível com os materiais a serem brasados.

Page 46: Instalação de Compressores

46

Regule a chama de acordo com os tipos de materiais a serem brasados.

Vide recomendações a seguir:

4.3 Detecção de Vazamentos

Depois da completa instalação, pressurize o sistema a uma pressão de 75

psig usando nitrogênio e/ou uma pequena carga do refrigerante que será utilizado no

sistema. Verifique a existência de vazamentos usando um detector eletrônico, um

detector hálide (lamparina) ou uma solução de água e sabão. Quando todas as

conexões estiverem corretamente instaladas, despressurize o sistema.

4.4 Evacuação do Sistema

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47

Nunca utilize o próprio compressor para fazer a evacuação do sistema nem

aplique tensão no compressor enquanto estiver sobre vácuo. Este procedimento

poderá ocasionar a queima do compressor.

Para evacuar o sistema utilize uma bomba de alto vácuo e um vacuômetro.

O sistema deve ser evacuado até 200 μHg (mícrons de mercúrio)

ou menos. Manter este nível de vácuo por, pelo menos 20 minutos.

4.5 Procedimento para Carga de Fluido Refrigerante

Somente injete a carga de refrigerante após obtenção do vácuo adequado.

Confira na etiqueta do compressor qual o tipo de refrigerante compatível.

Confira na plaqueta de identificação do sistema a quantidade e o tipo de

refrigerante. Caso este dado não conste consulte o fabricante.

Utilize a escala graduada do cilindro de carga referente ao tipo de refrigerante

utilizado.

Faça a quebra do vácuo com o compressor desligado. Para completar a

carga de refrigerante, ligue o compressor.

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48

4.6 Partida

4.6.1. Carga de óleo

Tipo de óleo: verificar no manual

Carga: verificar as quantidades de óleo no separador e no resfriador de óleo

(verificar os dados no manual e mais uma carga adiciona de 1% a 2% em

relação à quantidade de refrigerante da instalação

Atenção: nunca adicione óleo diretamente no compressor nem adicione óleos

de diferentes fabricantes.

Observação: prever carga de óleo adicional de10% para complemento apos o

sistema entrar em marcha

4.6.1.1 Procedimento

Colocar óleo diretamente no separador e no resfriador de óleo, antes do vácuo.

Observar que a válvula solenóide da linha de injeção de óleo esteja fechada

Page 49: Instalação de Compressores

49

(desconectar a conexão elétrica) e abrir as válvulas de serviço do separador e do

resfriador de óleo. O nível de óleo no separador deverá atingir 3/4 do visor do

separador.

4.6.2 Testes de Vazamento / vácuo

Teste de Vazamentos: utilizar nitrogênio extra seco

Vácuo: evacuar o sistema todo, inclusive compressor, separador, resfriador e

secções entre válvulas de retenções

Válvula solenóide da linha de injeção de óleo devera esta fechada

(desconectada a conexão elétrica) e as demais válvulas deverão estar

abertas.

A resistência do óleo deverá ser ligada durante o processo de evacuação

atingir <1,5 mbar com bomba de vácuo fechada

repetir este procedimento quantas vezes for necessário para se atingir o

vácuo necessário

Observação: nunca partir o compressor em vácuo

Page 50: Instalação de Compressores

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4.6.3 Carga de refrigerante

Verificar o nível do óleo no visor e ligar a resistência do óleo

Carregar o refrigerante líquido diretamente no tanque de líquido e no

condensador

Carga durante o funcionamento através da sucção

4.6.4 Partida

4.6.4.1 Antes da partida

Verificar o nível de óleo no visor

Temperatura do óleo no separador (no mínimo 15 a 20 K acima da

temperatura ambiente)

Page 51: Instalação de Compressores

51

Procedimentos de segurança (fusíveis do motor retirados e válvulas

solenóides da injeção de óleo desconectada)

Atenção: caso o compressor por qualquer motivo ou por falha elétrica, estiver

inundado de óleo, este devera ser drenado. Para isto, fechar as válvulas de serviço,

retirar a pressão do compressor e soltar a conexão de injeção de óleo. O óleo pode

fluir para fora através da conexão.

4.6.4.2 Procedimentos finais para a partida

I. Teste do sentido de rotação

Atenção: compressores de parafuso possuem somente um sentido de rotação e

não podem operar em sentido contrario (podendo ocorrer serias avarias mecânicas)

Apesar do controle de rotação, recomenda-se o seguinte teste:

Instalar um manômetro na válvula de sucção e fechar completamente a

válvula de serviço de sucção e abrir uma volta

Fechar a válvula solenóide da injeção de óleo (desconectar a conexão

elétrica)

Page 52: Instalação de Compressores

52

Partir o compressor durante um curto intervalo de tempo (0,5 a 1 segundo)

Caso o sentido de rotação esteja correto, será observada imediatamente a queda

de pressão de sucção no manômetro. Caso o sistema de proteção atue ou um

aumento de pressão de sucção seja verificado, indicara que o sentido de rotação

esta invertido. Neste caso inverter duas fases no terminal de eliminação comum.

4.6.4.3 Partida

Conectar a válvula solenóide da injeção de óleo. Novamente partir o

compressor e abrir lentamente a válvula de serviço de sucção e verificar no visor de

óleo o fluxo de óleo. Caso em 5 segundos não for verificado nenhum fluxo de óleo,

desligar o compressor, checar a instalação elétrica e se alguma válvula de serviço

da linha de óleo esta fechada.

I. Teste do Flow Switch de óleo

Teste a vazão de óleo 10 a 15 segundos apos a partida no mínimo.

Desconectar a conexão da válvula solenóide da injeção de óleo, fazendo com que o

compressor seja desligado 2 a 3 segundos apos o fechamento da solenóide.

4.6.4.4 Controle do nível de óleo

Page 53: Instalação de Compressores

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Nível Maximo indicado deve ser verificado no visor de óleo durante o

funcionamento (nível mínimo será verificado pela bóia;

No instante da partida, pode ocorrer a formação de espuma de óleo no

separador, que devera desaparecer 2 a 3 minutos apos a partida. Caso isto

não ocorra, pode haver uma quantidade excessiva de liquido na sucção;

Atenção: a temperatura de descarga deve ser, no mínimo 30 k acima da

temperatura de condensação;

Se ocorrer um desligamento do compressor 120 segundos apos a partida

pela bóia de nível, isto indicara uma grande fala de óleo. As causas prováveis

são, a pequena diferença de pressão ou a grande quantidade de refrigerante

no óleo (controlar superaquecimento na sucção);

Ajuste do regulador de temperatura do resfriador de óleo;

O resfriamento do óleo somente pode atuar quando a temperatura de

descarga estiver, no mínimo, 30 k acima da temperatura de condensação o

valor Maximo para regulagem é 80ºC para R404A, R507, R22 e 95ºC para

R134a com temperatura de condensação tc>55ºC.

I. Regulagem do pressostato de alta e baixa

Page 54: Instalação de Compressores

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Estes parâmetros deverão ser regulados de acordo com os limites de

aplicação (valor exato somente através do teste prático);

Checagem dos valores e trabalho;

Temperatura de evaporação;

Temperatura de sucção;

Temperatura de condensação;

Temperatura de descarga (mínimo 30K acima da temperatura de

condensação máxima de 100º);

Temperatura de injeção do óleo (Maximo 100ºC, óleo B100 Maximo de 80ºC).

II. Regulagem da pressão de condensação

A regulagem deverá ser feita, fazendo com que a diferença de pressão

mínima, seja atingida no Maximo, em 20 segundos.

III. Vibrações

A unidade inteira e a tubulação, especialmente os tubos capilares, deverão

ser checadas quando houver vibrações anormais.

Page 55: Instalação de Compressores

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CAPÍTULO 5 - INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO DE COMPRESSORES

TIPO PARAFUSO

Na figura abaixo temos um check list, como efeito explicativo, para a

instalação e posterior manutenção de compressores do tipo parafuso.

Page 56: Instalação de Compressores

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Continua na página seguinte.

Page 57: Instalação de Compressores

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CONCLUSÃO

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Após um criterioso acompanhamento das instalações dos compressores

semi-herméticos, pela empresa fiscalizadora, CPTM, no período de 8 meses, ainda

não houve nenhum reparo, ou problema no semi-hermético, porém, sua manutenção

é mais fácil, pois o motor é separado do sistema de compressão de ar.

Partindo destas análises, fica constatada uma significativa melhoria no

sistema de ar – condicionado das composições nos trens da empresa CPTM,

acarretando uma redução drástica nos gastos com a manutenção dos

compressores, uma diminuição de incidências de quebras destes sistemas,

conseqüentemente uma diminuição no tempo de manutenção das composições, isto

sem contar com o conforto gerado aos usuários do sistema ferroviário, pois com a

redução de incidências de quebras, haverá um aumento no tempo de vida útil deste

sistema.

Concluímos assim, que apartir de uma análise bem elaborada e criteriosa do

problema, mesmo que a mesma demande certo tempo, desde a execução dos

estudos até a implantação, irá gerar uma redução de custos, manutenções, e

aumentará a satisfação dos clientes, conseqüentemente a imagem da empresa irá

se engrandecer, demonstrando que a empresa além de séria, está sempre à procura

de novas melhorias.

Page 62: Instalação de Compressores

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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ASHRAE, “ASHRAE Handbook, HVAC Systems and Equipment”, SHRAE Inc.,

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Angeles, Editoral. 1970

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Revista “OFICINA DO FRIO” - Jul-Ago 1996.

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Blücher Ltda., São Paulo. 2002.

YAMANE, E. e SAITO, H., “Tecnologia do Condicionamento de Ar”, Editora

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