Instalação de Compressores
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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
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
3
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
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.
5
RESUMO
Compressores são de fundamental importância para o funcionamento
6
ABSTRACT
7
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
8
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
9
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.
11
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
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.
13
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
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
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.
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.
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:
18
• 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.
19
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.
20
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
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.
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
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;
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
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.
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.
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.
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
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.
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),
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.
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.
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.
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
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.
36
Abaixo vemos o gráfico de falhas relevantes.
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
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.
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
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
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4.2 Procedimentos para instalação
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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
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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
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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
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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.
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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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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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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
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(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
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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)
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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)
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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
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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
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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.
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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.
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Continua na página seguinte.
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Continuação da página anterior
Continua na página seguinte
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Continuação da página anterior
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Continuação da página anterior
Continua na página seguinte
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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.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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ASHRAE, “ASHRAE Handbook, HVAC Systems and Equipment”, SHRAE Inc.,
Atlanta, GA. 1996.
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Angeles, Editoral. 1970
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Revista “ABRAVA”, abril-agosto 1980.
Revista “ABRAVA”, Março 1982.
Revista “ABRAVA”, Set/out 1990.
Revista “OFICINA DO FRIO” - Jul-Ago 1996.
63
Revista “OFICINA DO FRIO” - Nov de 1997 (vol. 34).
Revista “Tecnologia da Refrigeração” no,24, Agosto de 2002.
STOECKER, W. F., e JONES, J. W. , “Refrigeração e Ar Condicionado”, Editora
Mcgraw-Hill do Brasil. 1985
STOECKER, W. F., JABARDO, J., M., “Refrigeração Industrial”, Editora Edgard
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YAMANE, E. e SAITO, H., “Tecnologia do Condicionamento de Ar”, Editora
Edgard Blucher Ltda. 1986.