Vários sistemas HVAC exigem que a tubulação de refrigeração de campo seja projetada e instalada no local. Exemplos incluem unidades de condensação, bobina de expansão direta (DX) em manipuladores de ar, evaporadores remotos com chillers refrigerados a ar e chiller com condensadores refrigerados a ar remotos. Este guia abrange R-22, R-407C, R-410A e R-134A usado em sistemas de ar condicionado comercial. Não se aplica a refrigeração industrial e/ou sistemas de volume de refrigerante (VRV) variáveis.
As informações contidas neste guia de aplicativos são baseadas no Capítulo 2 do Manual de Refrigeração da ASHRAE e na boa experiência de McQuay com esse tipo de equipamento.
Um sistema de tubulação de refrigerante adequadamente projetado e instalado deve:
- Forneça fluxo de refrigerante adequado aos evaporadores, usando tamanhos práticos de linha de refrigerante que limitam a queda de pressão.
- Evite prender o óleo excessivo para que o compressor tenha óleo suficiente para operar corretamente o tempo todo.
- Evite slugging de refrigerante líquido.
- Seja limpo e seco.
Lista de verificação de design de tubulação de refrigerante
A primeira etapa no design da tubulação de refrigerante é coletar informações de produtos e lojas. Uma lista de verificação para cada uma é fornecida abaixo. Como essa informação é usada será explicada ao longo do restante deste guia.
informação do produto
- Número do modelo de componentes da unidade (seção de condensação, evaporador, etc.)
- Capacidade máxima por circuito de refrigeração
- Capacidade mínima por circuito de refrigeração
- Taxa de operação da unidade
- Capacidade de bomba unitária
- Tipo de refrigerante
- Opções da unidade (desvio de gás quente, etc.)
- Os equipamentos incluem válvulas de isolamento e portas de carregamento
- A unidade tem bomba?
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 de evaporador
- Condições ambientais onde a tubulação será executada
- Faixa operacional ambiental (o sistema operará durante o inverno?)
- Tipo de carga de resfriamento (conforto ou processo)
- Isolamento da unidade (isoladores de mola, borracha em cisalhamento, etc.)
Layouts de tubulação de refrigerante típicos
Esta figura mostra uma unidade de condensação montada na nota conectada a uma bobina DX instalada em uma unidade de manuseio de ar movida a ar.
- Uma linha líquida fornece refrigerante líquido do condensador para uma válvula de expansão térmica (TX) adjacente à bobina.
- Uma linha de sucção fornece gás de refrigerante para a conexão de sucção do compressor.
Esta figura mostra um chiller refrigerado a ar montado no teto com um evaporador remoto dentro do edifício.
- 1. Existem dois circuitos de refrigeração, cada um com uma linha líquida fornecendo refrigerante líquido do condensador para uma válvula TX adjacente ao evaporador, e uma linha de sucção que retorna gás refrigerante do evaporador para as conexões de sucção do compressor.
- 2. Há um riser de sucção dupla em um dos circuitos.
Esta figura mostra um chiller interno com um condensador remoto refrigerado a ar no telhado.
- 1. A linha de gás de descarga sai do lado da descarga do compressor até a entrada do condensador.
- 2. A linha líquida conecta a saída do condensador a uma válvula TX no evaporador.
- 3. A linha de desvio de gás quente no circuito é executada da linha de descarga do compressor para a conexão da linha líquida no evaporador.
Projeto de tubulação básico
O bom design da tubulação resulta em um equilíbrio entre o custo inicial, a queda de pressão e a confiabilidade do sistema. O custo inicial é impactado pelo diâmetro e pelo 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 com o compressor têm óleo de compressor passando pelo circuito de refrigeração e de volta ao compressor, uma velocidade mínima deve ser mantida na tubulação para que o óleo suficiente seja devolvido ao poço do compressor nas condições de carga total e parcial.
Uma boa regra geral 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 sucção e risers de gás quente.
- Menos de 300 FPM (1,54 MPS) para evitar que a martelamento líquido ocorra quando o solenóide fecha em linhas líquidas.
A tubulação de cobre 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 conectada pelo fabricante (veja a figura abaixo).
Os acessórios formados, como cotovelos e camisetas, são usados com a tubulação de cobre desenhada. Todas as articulações são soldadas com tochas de oxi-acetileno por um técnico qualificado. Como mencionado anteriormente, os tamanhos das linhas de refrigerante são selecionados para equilibrar a queda de pressão com o custo inicial, neste caso de tubulação de cobre, mantendo a velocidade de refrigerante suficiente para transportar o óleo de volta ao compressor. As quedas de pressão são calculadas adicionando o comprimento da tubulação necessário aos pés equivalentes (metros) de todos os acessórios na linha. Isso é então convertido em 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. Diminui a temperatura da pressão e da saturação afeta adversamente o desempenho do compressor. O design adequado do sistema de refrigeração tenta minimizar essa alteração para menos de 2 ° F (1,1 ° C) por linha. Portanto, é comum ouvir queda de pressão referida como “2 ° F” versus PSI (KPA) ao corresponder aos 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) 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) 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 se referem à queda de pressão aceitável sendo 2 ° F (1,1 ° C) ou cerca de 3 psi (20,7 kPa) para R-22. A mesma alteração de 3 psi em R-410A resulta em uma mudança de temperatura de 1,2 ° F (0,7 ° C).
NOTA quedas de pressão de sucção e descarga com base em 100 pés equivalentes (30,5 m) e 4,4 ° C (40 ° F) temperatura saturada.
Linhas líquidas
As linhas líquidas conectam o condensador ao evaporador e carregue refrigerante líquido para a válvula TX. Se o refrigerante na linha líquida piscar para um gás porque a pressão cair muito baixa ou por causa de um aumento na elevação, o sistema de refrigeração funcionará mal. O sub-resfriamento líquido é o único método que impede o refrigerante piscando no gás devido a quedas de pressão na linha.
O tamanho real da linha deve fornecer não mais que uma queda de pressão de 2 a 3 ° F (1,1 a 1,7 ° C). A queda de pressão real no PSI (KPA) dependerá do refrigerante.
As linhas líquidas em excesso são desencorajadas 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 levantado do condensador para o evaporador, a pressão do refrigerante é reduzida. Diferentes refrigerantes terão diferentes alterações de pressão com base na elevação. Consulte a Tabela 2 para refrigerantes específicos. A queda de pressão total na linha líquida é a soma da perda de atrito, mais o peso da coluna de refrigerante líquido no riser.
Refrigerante | Pressão Drop 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 piscar na válvula TX nessa situação. Se o condensador tivesse sido instalado acima do evaporador, o aumento da pressão do peso do refrigerante líquido na linha teria impedido o refrigerante de piscar em uma linha de tamanho adequado sem sub-resfriamento.
É importante ter algum sub-resfriamento na válvula TX para que a válvula opere corretamente e não falhe prematuramente. Siga as recomendações do fabricante. Se nenhum estiver disponível, forneça 2,2 a 3,3 ° C de 4 a 6 ° F (3,3 ° C) do sub-resfriamento na válvula TX.
As linhas líquidas requerem vários componentes de linha de refrigerante e/ou acessórios para serem selecionados e instalados em campo (Figura abaixo). São necessárias válvulas de isolamento e portas de carregamento. Geralmente, é desejável ter válvulas de isolamento para a manutenção dos componentes básicos do sistema, como uma unidade de condensação ou condensador. Em muitos casos, os fabricantes fornecem válvulas de isolamento de seu produto; portanto, verifique o que está incluído. As válvulas de isolamento vêm em vários tipos e formas.
Referindo -se a esta figura :
- Trabalhando no condensador, existe um dreno de filtro de linha líquida. O secador de filtro remove os detritos do refrigerante líquido e contém um dessecante para absorver a umidade no sistema. Os secadores de filtro são descartáveis ou permanentes com núcleos substituíveis.
- Em seguida, há um vidro de visão que permite que os técnicos vejam a condição do refrigerante na linha líquida. Muitos óculos de visão incluem um indicador de umidade que muda de cor se estiver presente no refrigerante.
- Após o vidro de visão é a válvula TX.
Os possíveis acessórios para este sistema incluem:
- Uma porta de desvio de gás quente. Este é um ajuste especializado que se integra ao distribuidor - um conector lateral auxiliar (ASC).
- Uma bomba para baixo da válvula solenóide. Se uma bomba para baixo for utilizada, a válvula solenóide estará localizada imediatamente antes da válvula TX, o mais próximo possível do evaporador.
- Receptores na linha líquida. Eles são usados para armazenar o excesso de refrigerante para bomba ou serviço (se o condensador tiver um volume inadequado para manter a carga do sistema) ou como parte de uma abordagem de controle ambiental inundado. Os receptores geralmente são evitados porque removem o sub-resfriamento do condensador, aumentam o custo inicial e aumentam a carga do refrigerante.
As linhas líquidas devem ser inclinadas em 1/8 de polegada por pé (10,4 mm/m) na direção do fluxo de 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. A subestimação da linha de sucção reduz a capacidade do compressor, forçando -a a operar a uma pressão de sucção mais baixa para manter a temperatura desejada do evaporador. O excesso da linha de sucção aumenta os custos iniciais do projeto e pode resultar em velocidade insuficiente de gás refrigerante para mover o petróleo do evaporador para o compressor. Isso é particularmente importante quando os risers de sucção vertical são usados.
As linhas de sucção devem ser dimensionadas para um máximo de 2 a 3 ° F (1,1 a 1,7 ° C). A queda de pressão real no PSI (KPA) dependerá do refrigerante.
Detalhes da tubulação da linha de sucção
Durante a operação, a linha de sucção é preenchida com vapor e óleo de refrigerante superaquecido. O óleo flui na parte inferior do tubo e é movido junto com o gás refrigerante que flui acima dele. Quando o sistema para, o refrigerante pode se condensar no tubo, dependendo das condições ambientais. Isso pode resultar em slugging se o refrigerante líquido for atraído para o compressor quando o sistema reiniciar.
Para promover um bom retorno do óleo, as linhas de sucção devem ser lançadas 1/8 de polegada por pé (10,4 mm/m) na direção do fluxo de 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 fora. Para minimizar o slugging de refrigerante condensado, os evaporadores devem ser isolados da linha de sucção com uma armadilha invertida, como mostrado nas figuras abaixo:
A armadilha deve se estender acima da parte superior do evaporador antes de levar ao compressor.
- Com vários evaporadores, a tubulação de sucção deve ser projetada para que as quedas de pressão sejam iguais e o refrigerante e o óleo de uma bobina não podem fluir para outra bobina.
- As armadilhas podem ser usadas no fundo dos risers para capturar refrigerante condensado antes de fluir para o compressor. As armadilhas intermediárias são desnecessárias em um riser de tamanho adequado, pois contribuem para a queda de pressão.
- Geralmente, com equipamentos de ar condicionado produzidos comercialmente, os compressores são "preparados" para uma conexão comum na lateral da unidade.
- Os secadores de filtro de linha de sucção estão disponíveis para ajudar a limpar o refrigerante antes de entrar no compressor. Como eles representam uma queda de pressão significativa, eles só devem ser adicionados se as circunstâncias os exigirem, como após o esgotamento do compressor. Nesse caso, o secador de filtro de sucção é frequentemente removido após o período de invasão para o compressor de reposição. Os secadores de filtro de sucção capturam quantidades significativas de óleo, portanto devem ser instaladas de acordo com as especificações do fabricante para promover a drenagem do petróleo.
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. As linhas de descarga de subestimação reduzirão a capacidade do compressor e aumentarão o trabalho do compressor. O excesso de linhas de descarga aumenta o custo inicial do projeto e pode resultar em velocidade insuficiente de gás refrigerante para transportar óleo de volta ao compressor. Figuras abaixo.
Detalhes da tubulação de linha de descarga
As linhas de descarga carregam vapor de refrigerante e óleo. Como o refrigerante pode se condensar durante o ciclo OFF, a tubulação deve ser projetada para evitar que o refrigerante líquido e o óleo fluam de volta para o compressor. As armadilhas podem ser adicionadas ao fundo dos risers para capturar óleo e refrigerante condensado durante os ciclos fora, antes de fluir para trás para o compressor. As armadilhas intermediárias nos risers são desnecessárias em um riser de tamanho adequado à medida que aumentam a queda de pressão. As linhas de descarga devem ser arremessadas 1/8 de polegada por pé (10,4 mm/m) na direção do fluxo de refrigerante em direção ao condensador.
Sempre que um condensador estiver localizado acima do compressor, uma armadilha invertida ou válvula de retenção deve ser instalada na entrada do condensador para impedir que o refrigerante líquido flua para trás para o compressor durante os ciclos fora. 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 é facilmente preso em um silenciador de descarga, por isso deve ser colocado na parte horizontal ou de fluxo de down da tubulação, o mais próximo possível do compressor.
Vários 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 serve a vários evaporadores, mas vários circuitos de refrigeração nunca devem ser conectados a um único evaporador. Um erro comum é instalar uma unidade de condensação de dois circuitos com uma única bobina de evaporador de circuito.
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 possuam 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 que serve duas bobinas DX. Observe que cada bobina possui seu próprio solenóide e válvula de expansão térmica. Deve haver uma válvula TX para cada distribuidor. Os solenóides individuais devem ser usados se os evaporadores forem operados de forma independente (ou seja, para controle de capacidade). Se ambos os evaporadores operarem ao mesmo tempo, uma única válvula solenóide em um tubo comum poderá ser usada.
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