Lubrificação de compressores frigoríficos
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dossier sobre manutenção na indústria petroquímica
1.a Parte Este artigo pretende dar uma visão da importância e do desafio da lubrificação dos compressores frigoríficos face às alterações resultantes da mudança do tipo de lubrificantes utilizados devido às necessidades de cumprimentos das atuais normas ambientais relativas aos gases refrigerantes.
mudança. Verifica-se que a lubrificação dos compressores frigoríficos e a utilização dos lubrificantes, se bem que no centro de todas estas evoluções, são muitas vezes uma temática pouco conhecida e por vezes negligenciada pelos vários intervenientes, levando a avarias ou a uma menor eficiência energética. Neste artigo vamos fazer uma pequena resenha sobre os tipos de compressores, os fundamentos da refrigeração
A importância da refrigeração na sociedade atual passa pe-
por compressão, a especificidade das aplicações através
la resposta eficaz para a manutenção da cadeia alimentar,
dos fluidos frigoríficos miscíveis ou não com os lubrifican-
para o suprimento de todas as necessidades na área da saú-
tes. De seguida falarei sobre os vários tipos de lubrificantes
de e na área da climatização industrial, automóvel e parti-
presentes no mercado, as suas vantagens e inconvenien-
cular. A par com esta importância, este setor tem estado
tes. Falarei também sobre a forma de se fazerem os “re-
em foco devido à utilização de fluidos frigorigéneos que se
trofits” de HCFC (hidroclorofluorcabonos e R22) para HFC
veio a verificar serem prejudiciais para a camada de Ozono,
(hidrofluorcarbonos).
promovendo o seu desaparecimento. Este aspeto ambiental negativo foi corrigido pelo protocolo de Montreal (1989)
dos fluidos do tipo Clorofluorcarbono (CFC) e da interdição
1. FUNDAMENTOS DA REFRIGERAÇÃO E DA LUBRIFICAÇÃO DOS COMPRESSORES FRIGORÍFICOS
progressiva da utilização dos Hidrofluorcarbonos (HCFC).
A produção de frio por compressão utiliza o princípio co-
Estas diretivas, entre outras coisas vieram fazer “renascer” o
nhecido da vaporização, mudança do estado líquido para o
interesse pelos fluidos ditos “naturais” tais como o Amonía-
estado gasoso do fluido frigorigéneo, na qual uma quanti-
co (NH3) e o Dióxido de Carbono (CO2) e num outro registo
dade considerável de calor é absorvida, o que leva à produ-
os Hidrocarbonetos (HC) como é o caso do Propano (C3H8),
ção de “ frio”.
e pelo protocolo de Kioto (1997), resultando daí a alteração nos fluidos frigorigéneos, através da interdição imediata
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escolhas corretas num ambiente complexo em permanente
do Isobutano (C4H10/R600a) para as pequenas instalações
Sobre este princípio base existem muitas variantes
e para a climatização particular. Paralelamente estes pro-
aplicadas nas instalações industriais, tais como: utilização
tocolos levaram ao desenvolvimento de diversos fluidos
de um fluido térmico secundário, instalações em casca-
de um novo tipo, Hidrofluorolefinas (HFO). Face a todas
ta, evaporador “Seco”, evaporador “Húmido”, diferentes
estas alterações, os projetistas, os instaladores e os donos
tipos de fluido frigorigéneo, Amoníaco (NH3, R-717 na
das instalações deparam-se com o desafio de fazerem as
classificação ASHRAE), Dióxido de carbono (CO2, R-744),
Compressor Frigorífico 1
110ºC
- 12ºC
18ºC
11 bars 8
2
30ºC
2 bars
5 7 4
24ºC 6
3
10 9
2
-6ºC dentro da câmara Serpentina do evaporador
3
Válvula - regulador
1
Figura 1.
4 5
6
Aspiração Água de refrigeração do compressor Compressor
7 8
9 10
Condensador Água de refrigeração do condensador Visor Gás liquefeito
"A importância da refrigeração na sociedade atual passa pela resposta eficaz para a manutenção da cadeia alimentar, para o suprimento de todas as necessidades na área da saúde e na área da climatização industrial, automóvel e particular. A par com esta importância, este setor tem estado em foco devido à utilização de fluidos frigorigéneos que se veio a verificar como sendo prejudiciais para a camada de Ozono, promovendo o seu desaparecimento."
a proteção adequada contra o desgaste. Devemos também considerar outros dois fenómenos: a resistência do lubrificante ao stress térmico e o arrastamento do óleo pelo refrigerante para fora do compressor. Uma outra caraterística típica destes compressores é o facto da temperatura do óleo ser mantida após a paragem, através de resistências no cárter, a fim de facilitar a desgasi-
Fluxo de Fluido Frigorigéneo
ficação do óleo, assegurando desse modo uma viscosidade
Rotação
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mais elevada na altura do arranque. Os graus convencionais ISO VG dos lubrificantes usados são 22 a 68.
Figura 5. Compressores centrífugos.
1.1.3. Compressores centrífugos Nos compressores centrífugos, o óleo lubrifica os rolamentos ou as chumaceiras de apoio do veio, os vedantes e as engrenagens da caixa multiplicadora. São lubrificados através de uma bomba auxiliar acoplada ao veio da turbina que assegura a lubrificação antes e durante o arranque. O óleo é filtrado e refrigerado por intermédio do fluido frigorigéneo em funcionamento. Em paragem a temperatura no cárter é mantida através de resistências. Devido à conceção destes compressores o arrastamento do óleo pelo fluido refrigerante para o circuito frigorífico é muito diminuto. As visco-
Figura 4. Compressores de parafuso.
sidades utilizadas são geralmente o grau ISO VG 68 e nos
1.1.2. Compressores de parafuso
casos dos fluidos muito miscíveis (HC) são usados grades
No caso dos compressores de parafuso existem essencial-
mais elevados ISO VG 150.
mente dois tipos: compressores com o parafuso não lubrificado (parafuso seco); parafusos com o parafuso lubrificado
1.1.4. Compressores "Scroll" ou Espiral
(parafuso húmido). No caso dos compressores de parafuso
Os compressores Scroll ou de Espiral são constituídos por
seco o lubrificante serve para lubrificar os rolamentos de
um motor elétrico que roda uma espiral móvel no interior
apoio dos parafusos e as engrenagens de sincronização. Nos
de uma espiral fixa, gerando deste modo a compressão do
compressores de parafuso húmido o lubrificante serve para
gás. O veio do compressor é oco e serve para fazer a aspira-
lubrificar os rolamentos de apoio dos parafusos, as engrena-
ção do óleo através do seu movimento rotativo. O óleo sobe
gens de sincronização e as superfícies de contacto entre os
pelo veio mergulhado no cárter devido à força centrífuga
parafusos. De notar que devido ao facto de a lubrificação dos
criada, indo fazer a lubrificação das peças em movimento
parafusos ser na fase de compressão, a solubilidade do fluido
na parte superior do compressor (chumaceiras de apoio da
no óleo é máxima, diminuindo drasticamente a viscosidade.
espiral móvel), regressando ao cárter através do separador
Por este facto, neste caso utilizam-se preferencialmente gra-
de óleo. Como pouco óleo é arrastado para o circuito frigo-
des ISO VG 100 a 220 para compensar a queda da viscosidade.
rífico usam-se grades ISO VG 22 e 32.
M
Válvula de retenção
Espiral móvel
Espiral fixa
Descarga Orifício de descarga Câmaras de aspiração Êmbolo oscilante
Início do ciclo de aspiração
Rolamento radial
Aspiração e início de compressão Gás em compressão
Separador de óleo
Espiral fixa Espiral móvel Rolamento axial Pino de manivela Veio motor
Gás no fim da compressão e início da descarga
Passagem de gás
Fim do ciclo de compressão Início da descarga
Motor
Aspiração
Orifício de descarga Cárter de óleo
Bomba de óleo
Figuras 6 e 7. Compressores "SCROLL" (espirais). Fonte Figura 6: Articgo Compressor mecânico da Wikipédia em françês (http://fr.wikipedia.org/wiki/Compresseur_m%C3%A9canique).