AUMENTO DA EFICIÊNCIA FRIGORÍFICA COM O USO DO PURGADOR DE AR MULTIPONTO
Na atualidade, os proprietários de estabelecimentos industriais que possuem instalações frigoríficas e o responsável técnico por estes sistemas, devem ter em mente alguns objetivos essenciais, como a segurança do pessoal, a eficiência da instalação, a redução dos desperdícios e os cuidados com o meio ambiente. E a utilização de equipamentos automáticos de purga de incondensáveis influi positivamente e decisivamente em todas estas tarefas, como iremos demonstrar adiante.
Para o propósito desta apresentação, o termo “ar” e ”incondensáveis” são empregados como sinônimos e os sistemas com amônia serão usados como exemplo, por serem os de maior interesse pelo tamanho das plantas e seu elevado consumo de energia elétrica, embora o mesmo princípio se aplique a outras plantas com outros tipos de gases refrigerantes.
Antigamente, a purga de ar era realizada simplesmente pela abertura de válvulas manuais. Isto permitia que os gases incondensaveis fossem liberados para a atmosfera. Quando a nuvem de vapor que escapava se tornava branca, indicando a presença de alto teor de amônia, era que a válvula era fechada. Apesar de simples, nesta operação eram totalmente desprezados a energia, o gás refrigerante e a eficiência do sistema.
Independentemente se a pressão da sucção seja maior ou menor que a pressão atmosférica, o ar pode se acumular nas instalações através de um ou mais meios:
1. O gás refrigerante pode já ser fornecido pelo fabricante com até 1,5% de incondensáveis.
2. Evacuação inadequada do sistema antes da carga de refrigerante.
3. Na abertura do sistema para reparo dos compressores, por exemplo.
4. Nas operações de troca de óleo e/ou carga de refrigerante.
5. Vazamentos em juntas e conexões, que permitem a entrada de ar para dentro dos sistemas, especialmente quando a pressão de sucção é inferior à atmosférica.
Como o Ar Reduz a Eficiência dos Sistemas de Refrigeração?
Os operadores de sala de máquinas sabem que o ar aumenta a pressão nos condensadores. Mas por que isto ocorre e como afeta na eficiência?
O ar é um isolante térmico muito eficaz e impede que o refrigerante troque calor livremente nos tubos do condensador. Além disso, o trabalho do compressor aumenta porque ele deve comprimir o ar tanto quanto o refrigerante.
Quando as superfícies internas dos tubos do condensador são povoadas por moléculas de ar, as moléculas de refrigerante têm dificuldade de alcançar a superfície fria, como mostra a Fig. 1. O ar reduz a área efetiva exposta ao refrigerante, resultando numa pressão e temperatura maior no condensador, de modo ao gás continuar se condensando.
O Alto Custo do Ar no Condensador:
Pesquisas indicam que cada 0,55 bar de excesso de pressão no condensador causado pela de existência de ar, aumenta o consumo do compressor em 4% e diminui a capacidade em 2%.
A pressão mais alta também reduz a vida útil de correias, mancais e motores. Como conseqüência do aumento da temperatura, as válvulas do compressor se desgastam e o óleo lubrificante se deteriora prematuramente.
Para demonstrar a dimensão do ganho que se tem ao se instalar um purgador, descrevemos a seguir um estudo real realizado num frigorífico de bois:
Na sala de máquinas coletamos os seguintes dados:
- Elevação da pressão do condensador devido à contaminação pelo ar = 1,1 bar.
- Temperatura de condensação antes da purga 36º C e após 33º C.
- Potência teórica consumida dos compressores em kw sem a presença de ar = 1.756 kw.
- Potência real dos compressores em kw considerando a existência de ar = 1.854 kw.
- Energia desperdiçada = 1.854 – 1756 = 98 kw.
Cálculo da economia com energia elétrica (EEL) utilizando-se o purgador:
Considerações:
Nota Importante:
O investimento com o equipamento, incluindo montagem é amortizado em menos de 6 meses. Isso sem esquecer as inúmeras vantagens obtidas como o prolongamento da vida útil do sistema, descrito acima
Relembrando a Termodinâmica:
A “Lei das Pressões Parciais dos Gases” de Dalton explica o que acontece quando uma mistura de dois ou mais gases é comprimida. A pressão parcial de cada gás na mistura é a pressão que ele teria se isoladamente ocupasse o volume que contém a mistura. Em outras palavras a pressão total da mistura é a resultante da soma das pressões parciais de cada gás que forma esta mistura e que pode ser lida num manômetro.
Também, a pressão parcial dos gases na mistura é diretamente proporcional ao volume de cada gás. Assim, se um sistema de refrigeração é contaminado com cerca de 10% de ar em volume, 10% da pressão total é devido ao ar. O interessante é que a amônia se comporta de acordo à sua pressão parcial e não ao total de pressão do sistema.
Como Saber se Existe Ar no Sistema:
A Fig. 2 mostra um sistema de amônia trabalhando com uma temperatura de condensação de 34º C e a uma pressão de 13,3 barg ou 14,3 bar. Para se determinar se existe ar no sistema, verifique a pressão de condensação e a temperatura do líquido na Tab. 1. Ela mostra que a pressão na temperatura de 34º C deveria ser apenas de 12,1 barg ou 13,1 bar. Então a diferença 1,2 bar é devido ao ar.
Usando a pressão absoluta se pode calcular a relação da pressão e o volume de amônia para o ar: 13,1 / 1,2, ou seja, quase 11 para 1.
Fig. 2 - MISTURA AMÔNIA / AR A 34º C E PRESSÃO TOTAL 13,3 BARG
Cuidado com o fato de que nem sempre é o ar que causa o aumento de pressão no condensador, embora seja a causa mais comum. Condensadores pequenos ou com incrustação também podem elevar a pressão.
Purga Manual:
Em muitos casos, a operação manual de purga é dispendiosa e problemática. Perceba que no exemplo acima, na purga manual, para se remover 1 m³ de ar, se desperdiçaria 11 m³ de amônia, ou seja, uma grande quantidade de gás refrigerante é perdida para a atmosfera apenas para eliminar um pequena parte de ar.
Em paralelo ao desperdício da amônia, a purga manual trás as seguintes desvantagens:
Purga Através de um Meio Refrigerado:
Fig. 3 - MISTURA AMÔNIA / AR A - 10º C E PRESSÃO TOTAL 13,3 BARG
Se a mesma mistura amônia / ar mencionada anteriormente for resfriada até a temperatura de sucção do sistema, enquanto a pressão permanece constante, as condições da Fig. 3 são obtidas. Como ilustrado, uma grande parte da amônia é condensada de volta para o estado de líquido. Nesta condição a pressão parcial da amônia é reduzida para 2,9 bar e a pressão parcial do ar é aumentada para 11,4 bar. Então neste caso teríamos uma relação da pressão parcial e de volume da amônia numa taxa de 2,9 / 11,4, ou seja, 0,25 para 1. Purgando agora a mistura refrigerada, se remove 1 m³ de
ar e se perde apenas 0,25 m³ de amônia. Portanto, o processo de purga é melhorado em 44 vezes.
Pontos do Sistema de Maior Concentração de Ar que Devem Ser Purgados:
É difícil de determinar o local exato que o ar se encontra quando temos um sistema composto por múltiplos condensadores e reservatórios, porque o projeto das tubulações, arranjo dos componentes e operação afetam a localização do ar. Além disso, até as condições climáticas afetam também esta posição. Assim, a melhor resposta seria a aquisição de um purgador multiponto.
Numa planta frigorífica existem vários locais aonde pode haver uma maior concentração de ar. Na entrada do gás no condensador, temos uma velocidade alta, mas quando a amônia alcança a saída do mesmo e já está no estado líquido, sua velocidade é praticamente zero. Aí é o ponto de maior concentração de ar e que se deve conectar ao purgador.
Nos desenhos abaixo, as setas vermelhas longas mostram a velocidade alta do gás. O comprimento das setas diminui, conforme a velocidade do gás cai ao se aproximar das zonas mortas. Os pontos negros representam acumulação de ar. As válvulas X são as indicadas para se purgar o ar, enquanto o sistema continua trabalhando.
Talvez surja a dúvida, qual o melhor lugar para se purgar, do condensador ou do reservatório?
Esteja preparado para purgar de ambos, porque o ar pode migrar de um lado para o outro, dependendo das condições de carga e montagem. Portanto, mais uma vez opte pelo purgador do tipo multiponto.
Conclusão:
É inevitável que ar penetre nos sistemas de refrigeração e eles devem ser removidos para que se consiga atingir o máximo de eficiência energética da planta.
Mas, se vc escolher um purgador multiponto totalmente automático, os resultados obtidos vão muito além do que apresentamos anteriormente, porque o equipamento é autônomo e passa a purgar, sempre que necessário, apenas os pontos que realmente contenham ar, desprezando os demais, reduzindo-se assim ainda mais o desperdício de amônia e a ciclagem das válvulas solenóides que são instaladas em cada ponto.
Isto é conhecido como sistema de purga inteligente, que nenhum outro fabricante oferece.
Alie a esta característica o controle CLP, a facilidade de comunicação, mesmo a distância, com um computador que possa acessar todo o histórico de funcionamento e alterar parâmetros do purgador (opcional) e você terá, mundialmente falando, o que há de mais moderno e eficaz em termos de purga de incondensáveis em sistemas de refrigeração.
