Compressores: quais os diferentes tipos para a refrigeração

Diante de um projeto de refrigeração, escolher um equipamento que atenda à sua necessidade é algo essencial, é claro.

Contudo, essa escolha nem sempre é simples e, para que não haja empecilhos durante o projeto ou após a finalização do mesmo, é preciso considerar os fatores que são particulares a cada tipo diferente de equipamento.

Nos sistemas de refrigeração, por exemplo, são encontrados diferentes tipos de compressores e a escolha do correto pode variar de acordo com o propósito do sistema.

Neste contexto, torna-se viável conhecer os diferentes tipos de compressores utilizados na refrigeração, bem como as suas particularidades.

Por isso, é interessante que você acompanhe este texto até o final, para que você consiga sanar as suas dúvidas acerca do que o seu sistema necessita e o que o compressor adequado pode oferecer, através de uma maneira simples e didática.

Vamos lá?

O que são compressores

Sendo os equipamentos mecânicos responsáveis pela compressão de fluido gasoso (ar, gás ou vapor), o compressor desempenha um papel crucial em diversas indústrias, embora estejam presentes também no nosso dia a dia.

Se você não consegue imaginar aplicações para este equipamento, pense nas diferentes necessidades industriais que requerem o fluido armazenado, transportado e comprimido (funções do compressor).

Mas, se ainda assim você precisar de ajuda para conhecer onde o compressor é utilizado, aqui vai:

  • Produção de Energia: compressores são fundamentais em usinas de energia para aumentar a pressão do vapor em turbinas, gerando assim eletricidade;
  • Indústria Petroquímica: na indústria de petróleo e gás, os compressores são usados para transportar e processar gás natural e outros produtos;
  • Refrigeração e Climatização: sistemas de refrigeração e ar condicionado usam compressores para comprimir e circular fluidos refrigerantes;
  • Indústria Automotiva: compressores de ar são comuns em sistemas de ar-condicionado de veículos, proporcionando conforto térmico aos ocupantes;
  • Manufatura e Processamento: em muitos processos de fabricação, compressores são utilizados para alimentar ferramentas pneumáticas e equipamentos;
  • Indústria Alimentícia: em setores alimentícios, os compressores são usados para empacotamento, transporte pneumático de ingredientes e controle de processos;
  • Instrumentação e Controle: empregados para fornecer ar comprimido para atuadores e instrumentos de controle.

Compressores: perda de eficiência de compressão

Embora a função principal do compressor seja comprimir o ar, transportando-o e armazenando-o em seu tanque, é importante lembrar que a compressão não se trata de um processo ideal.

Desse modo, ao comprimir um fluido, tem-se que o choque entre as moléculas durante a compressão, implica também no aumento da temperatura do fluido.

Este aumento de temperatura, por sua vez, reduz a eficiência térmica do processo, uma vez que parte da energia fornecida durante a compressão, é convertida no aumento de temperatura.

Para que o problema de altas temperaturas seja evitado, divide-se a compressão em etapas, de modo que seja calculada a razão de pressão máxima permitida que não implique alterações significativas na temperatura do fluido.

Além disso, a requerimento de projeto, utiliza-se também resfriadores a ar ou a água (indiretamente) após a compressão, seja entre etapas de compressão ou antes que o gás percorra até o reservatório.

Compressores: quais os diferentes tipos para a refrigeração

A escolha do tipo de compressor depende fortemente da capacidade da instalação.

Essa capacidade pode ser dividida entre pequena (menor do que 2,5 TR), média (entre 2,5 e 75 TR) e grande capacidade (maior que 75 TR) da temperatura de vaporização e do fluido frigorífico (refrigerante) utilizado.

As letras “TR”, por sua vez, significa “tonelada de refrigeração”, termo este que é utilizado em refrigeração que corresponde à energia necessária para liquefazer uma tonelada de gelo em 24 horas.

Além disso, como já foi dito, os compressores podem variar de acordo com o sistema de refrigeração.

Por isso, apresentamos os diferentes compressores abaixo, os quais estão detalhados por meio de itens.

Vamos direto ao assunto?

Compressores alternativos

  • Sendo os mais utilizados em sistemas de refrigeração, os compressores alternativos são comumente utilizados em sistemas de pequena e média capacidade;
  • Em relação à sua capacidade, são fabricados em até, aproximadamente, 200 TR;
  • Os refrigerantes frequentemente utilizados são: HCFC-22, HFC-134A, HFC-404A,HFC-407A e HFC-407C, quando o foco é em sistemas de ar condicionado para processos e conforto. Já o refrigerante R-717 (amônia), é utilizado em processos industriais;
  • Em compressores abertos (virabrequim atravessa a carcaça e o motor externo pode ser acoplado ao seu eixo), é necessário ter um selo de vedação para evitar fugas de refrigerante ou infiltração de ar externo quando a pressão do sistema for menor que a atmosférica ou utiliza-se um que seja hermético;
  • Os compressores herméticos são aqueles que tem o compressor e o motor alojados na mesma carcaça;
  • Compressores herméticos de grande capacidade possuem os seus cabeçotes removíveis (semi-herméticos), possibilitando a manutenção em válvulas e êmbolos;
  • Os compressores alternativos podem ser: de simples ou duplo efeito, de um ou mais cilindros, abertos, herméticos ou semi-herméticos, horizontais, verticais, em W ou em V.

Compressor parafuso

  • Pode ser classificado como compressor parafuso simples ou duplo, sendo que os compressores duplo são mais amplamente utilizados, visto a sua eficiência isentrópica (sem troca de calor com o ambiente) levemente maior;
  • Em sistemas que contém compressor parafuso, é necessário ter também um separador de óleo, visto que esses compressores utilizam óleo para a vedação e lubrificação;
  • A relação de pressão (quantas vezes maior é a compressão em relação à situação anterior ou atual do fluido) em compressores parafuso pode ser da ordem de 20:1 em simples estágio;
  • Os refrigerantes HCFC-22, HFC-134a e HFC-407C são utilizados para condicionamento de ar e conforto, enquanto a amônia (R-717) é utilizada para aplicações industriais;
  • O controle de capacidade em compressores parafuso pode ser feito através de válvulas corrediças que são localizadas na carcaça do compressor, as quais se movem na direção axial provocando um retardamento do início da compressão.

Compressor de palhetas

  • São classificados entre palhetas simples ou múltiplas;
  • O refrigerante HCFC-22 é o 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, é de 0,87;
  • Devido ao movimento rotativo, os compressores de palhetas apresentam menor ruído em relação aos alternativos;
  • Segundo a ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, de 1996), para uma temperatura ambiente de 35 °C,
    • temperatura de evaporação de 1,7 °C, temperatura de condensação de 54,4 °C e subresfriamento de 8,3°C, o COP (representa a relação entre a quantidade de energia térmica removida pelo sistema e a quantidade de energia elétrica consumida para realizar essa transferência) de um sistema com compressor de palhetas, deve estar em torno de 2,7. 

Compressores centrífugos

  • Muito utilizados em sistemas de refrigeração de grande porte;
  • Seu princípio de funcionamento se assemelha à bomba centrífuga – ao refrigerante entrar pela abertura central do rotor, a força centrífuga implica no ganho de energia cinética à medida que é deslocado para a periferia e, ao atingir as pás do difusor ou voluta, parte da energia cinética é transformada em pressão;
  • Quando se necessita de altas razões de pressão, utiliza-se compressores de múltiplos estágios;
  • Para controlar a capacidade de compressores centrífugos, pode-se:
  • Regular as pás de pré rotação na entrada do rotor;
  • Variar a rotação – quando o compressor centrífugo for acionado por turbina a gás ou vapor;
  • Desviar o refrigerante da descarga do compressor para aspiração, embora não seja eficiente;

Compressores scroll

  • Se comparado a um compressor alternativo de capacidade igual, o compressor scroll possui eficiência de 5 a 10% maior;
  • O HCFC-22 era o refrigerante utilizado até 2020 e, então, o refrigerante utilizado atualmente em compressores Scroll são os HFC-407C e HFC-410A;
  • Para relações de pressão de aproximadamente 3, a eficiência isentrópica é de 70%;
  • Possui maior COP se comparado com os compressores rotativos e alternativos;
  • Ainda comparando com um motor alternativo, este compressor possui partes móveis em menor quantidade;
  • A operação é silenciosa;
  • Visto a baixa vibração devido à baixa variação de torque, a vida útil é grande
  • A capacidade de refrigeração para sistemas de expansão direta, varia entre 1 e 15 TR (aproximadamente 52,3 kW), enquanto para resfriadores (chillers) está entre 10 a 60 TR (35 a 210 kW);
  • Possui alta eficiência volumétrica.

Tendo em vista o que foi apresentado neste artigo, podemos concluir que os principais fatores na seleção de compressores são a capacidade e as condições de operação.

Apesar de não ter sido mencionada no texto, é importantíssimo, também, considerar a curva de carga na escolha do compressor.

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