Vários sistemas HVAC exigem que a tubulação de refrigeração de campo seja projetada e instalada no local. Os exemplos incluem unidades de condensação, serpentina de expansão direta (DX) em manipuladores de ar, evaporadores remotos com resfriadores refrigerados a ar e resfriadores com condensadores refrigerados a ar remotos. Este guia abrange R-22, R-407C, R-410A e R-134a usados em sistemas de ar condicionado comerciais. Não se aplica a sistemas de refrigeração industrial e/ou de Volume de Refrigerante Variável (VRV).
As informações contidas neste Guia de Aplicação são baseadas no Capítulo 2 do Manual de Refrigeração da ASHRAE e na boa experiência da McQuay com este tipo de equipamento.
Um sistema de tubulação de refrigerante projetado e instalado corretamente deve:
- Forneça fluxo de refrigerante adequado para os evaporadores, usando tamanhos de linha de refrigerante práticos que limitam a queda de pressão.
- Evite acumular óleo em excesso para que o compressor tenha óleo suficiente para operar corretamente o tempo todo.
- Evite respingos de refrigerante líquido.
- Esteja limpo e seco.
Lista de Verificação do Projeto da Tubulação de Refrigerante
A primeira etapa no projeto da tubulação de refrigerante é coletar informações sobre o produto e o local de trabalho. Uma lista de verificação para cada um é fornecida abaixo. Como essas informações são usadas será explicado ao longo deste guia.
informação do produto
- Número do modelo dos componentes da unidade (seção de condensação, evaporador, etc.)
- Capacidade máxima por circuito de refrigeração
- Capacidade mínima por circuito de refrigeração
- Carga operacional da unidade
- Capacidade de bombeamento da unidade
- Tipo de refrigerante
- Opções de unidade (Bypass de Gás Quente, etc.)
- O equipamento inclui válvulas de isolamento e portas de carregamento
- A unidade tem pump down?
Informações do local de trabalho
- Esboço de como a tubulação será executada, incluindo:
- Distâncias
- Mudanças de elevação
- Layout do equipamento
- Acessórios
- Detalhes específicos para conexões de tubulação do evaporador
- Condições ambientais onde a tubulação será executada
- Faixa operacional ambiente (o sistema funcionará durante o inverno?)
- Tipo de carga de resfriamento (conforto ou processo)
- Isolamento da unidade (isoladores de mola, borracha em cisalhamento, etc.)
Layouts Típicos de Tubulação de Refrigerante
Esta figura mostra uma unidade de condensação montada em um declive conectada a uma bobina DX instalada em uma unidade de tratamento de ar montada no teto.
- Uma linha de líquido fornece refrigerante líquido do condensador para uma válvula de expansão térmica (TX) adjacente à serpentina.
- Uma linha de sucção fornece gás refrigerante para a conexão de sucção do compressor.
Esta figura mostra um chiller refrigerado a ar montado no telhado com um evaporador remoto dentro do prédio.
- 1. Existem dois circuitos de refrigeração, cada um com uma linha de líquido que fornece refrigerante líquido do condensador para uma válvula TX adjacente ao evaporador e uma linha de sucção que retorna o gás refrigerante do evaporador para as conexões de sucção do compressor.
- 2. Num dos circuitos existe uma coluna de aspiração dupla.
Esta figura mostra um chiller interno com um condensador refrigerado a ar remoto no teto.
- 1. A linha de gás de descarga vai do lado de descarga do compressor até a entrada do condensador.
- 2. A linha de líquido conecta a saída do condensador a uma válvula TX no evaporador.
- 3. A linha de derivação de gás quente no circuito vai da linha de descarga do compressor até a conexão da linha de líquido no evaporador.
Noções básicas de projeto de tubulação
Um bom projeto de tubulação resulta em um equilíbrio entre custo inicial, queda de pressão e confiabilidade do sistema. O custo inicial é impactado pelo diâmetro e layout da tubulação. A queda de pressão na tubulação deve ser minimizada para evitar afetar adversamente o desempenho e a capacidade. Como quase todos os sistemas de tubulação de campo têm óleo de compressor passando pelo circuito de refrigeração e voltando para o compressor, uma velocidade mínima deve ser mantida na tubulação para que óleo suficiente retorne ao cárter do compressor em condições de carga total e parcial.
Uma boa regra de ouro é um mínimo de:
- 500 pés por minuto (fpm) ou 2,54 metros por segundo (mps) para sucção horizontal e linhas de gás quente.
- 1000 fpm (5,08 mps) para risers de sucção e gás quente.
- Menos de 300 fpm (1,54 mps) para evitar a ocorrência de golpe de aríete quando o solenóide fecha nas linhas de líquido.
A tubulação de cobre estirada dura é usada para sistemas de refrigeração de halocarbono. Os tipos L e K são aprovados para aplicações de ar condicionado e refrigeração (ACR). O tipo M não é usado porque a parede é muito fina. O tamanho nominal é baseado no diâmetro externo (OD). Os tamanhos típicos incluem 5/8 polegadas, 7/8 polegadas, 1-1/8 polegadas, etc.
A tubulação de cobre destinada a aplicações ACR é desidratada, carregada com nitrogênio e tampada pelo fabricante (consulte a Figura abaixo).
Conexões moldadas, como cotovelos e tês, são usadas com tubos de cobre estirados. Todas as juntas são soldadas com maçaricos de oxi-acetileno por um técnico qualificado. Conforme mencionado anteriormente, os tamanhos das linhas de refrigerante são selecionados para equilibrar a queda de pressão com o custo inicial, neste caso da tubulação de cobre, mantendo ao mesmo tempo uma velocidade de refrigerante suficiente para transportar o óleo de volta ao compressor. As quedas de pressão são calculadas adicionando o comprimento da tubulação necessária aos pés (metros) equivalentes de todas as conexões na linha. Isso é então convertido para PSI (kPa).
Queda de pressão e mudança de temperatura
À medida que o refrigerante flui através dos tubos, a pressão cai e altera a temperatura de saturação do refrigerante. Diminuições na pressão e na temperatura de saturação afetam adversamente o desempenho do compressor. O projeto adequado do sistema de refrigeração tenta minimizar essa alteração para menos de 2°F (1,1°C) por linha. Portanto, é comum ouvir a queda de pressão referida como “2°F” versus PSI (kPa) ao combinar os componentes do sistema de refrigeração.
Por exemplo, uma unidade de condensação pode produzir 25 toneladas (87,9 kW) de resfriamento a 45°F (7,2°C) de temperatura de sucção saturada. Assumindo uma perda de linha de 2°F (1,1°C), o evaporador teria que ser dimensionado para fornecer 25 toneladas (87,9 kW) de resfriamento a 47°F (7,2°C) de temperatura de sucção saturada.
A tabela abaixo compara quedas de pressão em temperaturas e pressões para vários refrigerantes comuns. Observe que os refrigerantes têm quedas de pressão diferentes para a mesma mudança de temperatura. Por exemplo, muitos documentos referem-se a uma queda de pressão aceitável de 2°F (1,1°C) ou cerca de 3 PSI (20,7 kPa) para R-22. A mesma mudança de 3 PSI no R-410A resulta em uma mudança de temperatura de 1,2°F (0,7°C).
Observação Quedas de pressão de sucção e descarga com base em 100 pés equivalentes (30,5 m) e 40°F (4,4°C) de temperatura saturada.
Linhas de Líquido
As linhas de líquido conectam o condensador ao evaporador e transportam refrigerante líquido para a válvula TX. Se o refrigerante na linha de líquido transformar-se em gás porque a pressão caiu muito ou devido a um aumento na elevação, o sistema de refrigeração funcionará mal. O subresfriamento líquido é o único método que evita que o refrigerante se transforme em gás devido a quedas de pressão na linha.
O tamanho real da linha não deve fornecer uma queda de pressão superior a 2 a 3°F (1,1 a 1,7°C). A queda de pressão real em PSI (kPa) dependerá do refrigerante.
O superdimensionamento das linhas de líquido é desencorajado porque aumentará significativamente a carga de refrigerante do sistema. Isso, por sua vez, afeta a carga de óleo.
À medida que o refrigerante líquido é elevado do condensador para o evaporador, a pressão do refrigerante diminui. Diferentes refrigerantes terão diferentes mudanças de pressão com base na elevação. Consulte a Tabela 2 para refrigerantes específicos. A queda de pressão total na linha de líquido é a soma da perda por atrito mais o peso da coluna de refrigerante líquido no riser.
Refrigerante | Queda de pressão PSI/ft (kPa/m) Riser |
R-22 | 0,50 (11,31) |
R-407C | 0,47 (10,63) |
R-410A | 0,43 (9,73) |
R-134a | 0,50 (11,31) |
Somente o refrigerante líquido sub-resfriado evitará o flash na válvula TX nesta situação. Se o condensador tivesse sido instalado acima do evaporador, o aumento de pressão devido ao peso do refrigerante líquido na linha teria evitado que o refrigerante evaporasse em uma linha de tamanho adequado sem subresfriamento.
É importante ter algum sub-resfriamento na válvula TX para que ela funcione corretamente e não falhe prematuramente. Siga as recomendações do fabricante. Se nenhum estiver disponível, forneça 4 a 6°F (2,2 a 3,3°C) de subresfriamento na válvula TX.
As linhas de líquido exigem que vários componentes e/ou acessórios da linha de refrigerante sejam selecionados e instalados em campo (Figura abaixo). Válvulas de isolamento e portas de carregamento são necessárias. Geralmente, é desejável ter válvulas de isolamento para manutenção dos componentes básicos do sistema, como uma unidade de condensação ou condensador. Em muitos casos, os fabricantes fornecem válvulas de isolamento com seus produtos, portanto, certifique-se de verificar o que está incluído. Válvulas de isolamento vêm em vários tipos e formas.
Referindo-se a esta figura :
- Trabalhando a partir do condensador, há um filtro secador de linha de líquido. O filtro secador remove os detritos do refrigerante líquido e contém um dessecante para absorver a umidade do sistema. Os filtros secadores são descartáveis ou permanentes com núcleos substituíveis.
- Em seguida, há um visor que permite aos técnicos visualizar a condição do refrigerante na linha de líquido. Muitos visores incluem um indicador de umidade que muda de cor se houver umidade no refrigerante.
- Seguindo o visor está a válvula TX.
Possíveis acessórios para este sistema incluem:
- Uma porta de desvio de gás quente. Este é um encaixe especial que se integra ao distribuidor – um conector lateral auxiliar (ASC).
- Uma válvula solenóide de bombeamento. Se for utilizado um pump down, a válvula solenoide estará localizada logo antes da válvula TX, o mais próximo possível do evaporador.
- Receptores na linha de líquido. Eles são usados para armazenar o excesso de refrigerante para bombeamento ou serviço (se o condensador tiver volume inadequado para manter a carga do sistema) ou como parte de uma abordagem de controle de ambiente baixo inundado. Os receptores geralmente são evitados porque removem o subresfriamento do condensador, aumentam o custo inicial e aumentam a carga de refrigerante.
As linhas de líquido devem ser inclinadas 1/8 de polegada por pé (10,4 mm/m) na direção do fluxo do refrigerante. A captura é desnecessária.
Linhas de Sucção
As linhas de gás de sucção permitem que o gás refrigerante do evaporador flua para a entrada do compressor. O subdimensionamento da linha de sucção reduz a capacidade do compressor, forçando-o a operar a uma pressão de sucção mais baixa para manter a temperatura desejada do evaporador. O superdimensionamento da linha de sucção aumenta os custos iniciais do projeto e pode resultar em velocidade insuficiente do gás refrigerante para mover o óleo do evaporador para o compressor. Isto é particularmente importante quando são usados risers de sucção vertical.
As linhas de sucção devem ser dimensionadas para uma perda de pressão máxima de 2 a 3°F (1,1 a 1,7°C). A queda de pressão real em PSI (kPa) dependerá do refrigerante.
Detalhes da tubulação da linha de sucção
Durante a operação, a linha de sucção é preenchida com vapor refrigerante superaquecido e óleo. O óleo flui no fundo do tubo e é movido pelo gás refrigerante que flui acima dele. Quando o sistema pára, o refrigerante pode condensar no tubo dependendo das condições ambientais. Isso pode resultar em slugging se o refrigerante líquido for puxado para dentro do compressor quando o sistema reiniciar.
Para promover um bom retorno do óleo, as linhas de sucção devem ser inclinadas 1/8 de polegada por pé (10,4 mm/m) na direção do fluxo do refrigerante. As conexões do evaporador requerem cuidados especiais porque o evaporador tem o potencial de conter um grande volume de refrigerante condensado durante os ciclos desligados. Para minimizar o acúmulo de refrigerante condensado, os evaporadores devem ser isolados da linha de sucção com um coletor invertido, conforme mostrado nas figuras abaixo:
O purgador deve se estender acima do topo do evaporador antes de chegar ao compressor.
- Com vários evaporadores, a tubulação de sucção deve ser projetada de forma que as quedas de pressão sejam iguais e o refrigerante e o óleo de uma serpentina não possam fluir para outra serpentina.
- Os sifões podem ser usados na parte inferior dos risers para capturar o refrigerante condensado antes que ele flua para o compressor. Os purgadores intermediários são desnecessários em um riser de tamanho adequado, pois contribuem para a queda de pressão.
- Normalmente, com equipamentos de ar condicionado produzidos comercialmente, os compressores são “preparados” para uma conexão comum na lateral da unidade.
- Filtros secadores de linha de sucção estão disponíveis para ajudar a limpar o refrigerante antes que ele entre no compressor. Por representarem uma queda de pressão significativa, eles só devem ser adicionados se as circunstâncias assim o exigirem, como após a queima do compressor. Nesse caso, o filtro secador de sucção geralmente é removido após o período de amaciamento para o compressor de substituição. Os filtros secadores por sucção capturam quantidades significativas de óleo, portanto, devem ser instalados de acordo com as especificações do fabricante para promover a drenagem do óleo.
Linhas de descarga
As linhas de gás de descarga (geralmente chamadas de linhas de gás quente) permitem que o refrigerante flua da descarga do compressor para a entrada do condensador. O subdimensionamento das linhas de descarga reduzirá a capacidade do compressor e aumentará o trabalho do compressor. O superdimensionamento das linhas de descarga aumenta o custo inicial do projeto e pode resultar em velocidade insuficiente do gás refrigerante para transportar o óleo de volta ao compressor. Figuras abaixo.
Detalhes da tubulação da linha de descarga
As linhas de descarga transportam vapor de refrigerante e óleo. Como o refrigerante pode condensar durante o ciclo desligado, a tubulação deve ser projetada para evitar que refrigerante líquido e óleo fluam de volta para o compressor. Os coletores podem ser adicionados ao fundo dos risers para capturar o óleo e o refrigerante condensado durante os ciclos desligados, antes que ele flua de volta para o compressor. Traps intermediários nos risers são desnecessários em um riser de tamanho adequado, pois aumentam a queda de pressão. As linhas de descarga devem ser inclinadas 1/8 de polegada por pé (10,4 mm/m) na direção do fluxo do refrigerante em direção ao condensador.
Sempre que um condensador estiver localizado acima do compressor, um purgador invertido ou válvula de retenção deve ser instalado na entrada do condensador para evitar que o refrigerante líquido flua de volta para o compressor durante os ciclos desligados. Em alguns casos (ou seja, com compressores alternativos), um silenciador de descarga é instalado na linha de descarga para minimizar as pulsações (que causam vibração). O óleo fica facilmente preso em um silenciador de descarga, por isso deve ser colocado na parte horizontal ou descendente da tubulação, o mais próximo possível do compressor.
Múltiplos Circuitos de Refrigeração
Para controle e redundância, muitos sistemas de refrigeração incluem dois ou mais circuitos de refrigeração. Cada circuito deve ser mantido separado e projetado como se fosse um único sistema. Em alguns casos, um único circuito de refrigeração atende a vários evaporadores, mas vários circuitos de refrigeração nunca devem ser conectados a um único evaporador. Um erro comum é instalar unidades condensadoras de dois circuitos com uma bobina evaporadora de circuito único.
Esta figura mostra bobinas DX comuns que incluem vários circuitos. Entrelaçado é o mais comum. É possível ter bobinas individuais, cada uma com um único circuito, instaladas no mesmo sistema e conectadas a um circuito de refrigeração dedicado.
Embora as aplicações de ar condicionado mais comuns tenham um evaporador para cada circuito, é possível conectar vários evaporadores a um único circuito de refrigeração.
A figura abaixo mostra um único circuito de refrigeração servindo duas bobinas DX. Observe que cada bobina tem seu próprio solenóide e válvula de expansão térmica. Deve haver uma válvula TX para cada distribuidor. Solenóides individuais devem ser usados se os evaporadores forem operados independentemente (ou seja, para controle de capacidade). Se ambos os evaporadores operarem ao mesmo tempo, então uma única válvula solenoide em um tubo comum pode ser usada.
