Requisitos de tubulação de refrigerante

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Este guia se concentra em sistemas que usam Refrigerante-22 (R-22). Embora os requisitos gerais sejam os mesmos para sistemas que usam outros refrigerantes, as velocidades e quedas de pressão serão diferentes.

Tubulação de refrigerante

A revisão das mudanças físicas pelas quais o refrigerante passa dentro do ciclo de refrigeração ajudará a demonstrar certas exigências que o projeto da tubulação deve atender.

Refrigeração por Compressão de Vapor

A figura abaixo ilustra um ciclo básico de refrigeração por compressão de vapor. O refrigerante entra no evaporador na forma de uma mistura fria e de baixa pressão de líquido e vapor (A). O calor é transferido para o refrigerante do ar relativamente quente que está sendo resfriado, fazendo com que o refrigerante líquido ferva. O vapor refrigerante resultante (B) é então bombeado do evaporador pelo compressor, o que aumenta a pressão e a temperatura do vapor.

Refrigeração por Compressão de Vapor

O vapor de refrigerante de alta pressão resultante (C) entra no condensador onde o calor é transferido para o ar ambiente, que está a uma temperatura mais baixa do que o refrigerante. Dentro do condensador, o vapor do refrigerante condensa em um líquido e é subresfriado. Este refrigerante líquido (D) então flui do condensador para o dispositivo de expansão. Este dispositivo cria uma queda de pressão que reduz a pressão do refrigerante à do evaporador. Nessa baixa pressão, uma pequena porção do refrigerante ferve (ou pisca), resfriando o refrigerante líquido restante até a temperatura desejada do evaporador. A mistura fria de refrigerante líquido e vapor (A) entra no evaporador para repetir o ciclo.

Tubulação de Refrigerante de Interconexão

Esses componentes individuais são conectados pela tubulação de refrigerante. A linha de sucção conecta o evaporador ao compressor, a linha de descarga conecta o compressor ao condensador e a linha de líquido conecta o condensador ao dispositivo de expansão. O dispositivo de expansão normalmente está localizado no final da linha de líquido, na entrada do evaporador.

Tubulação de Refrigerante de Interconexão

Há mais no projeto da tubulação de refrigerante do que mover o refrigerante de um componente para outro. Independentemente do cuidado exercido na seleção e aplicação dos componentes do sistema de refrigeração, problemas operacionais podem ser encontrados se a tubulação de interconexão for projetada ou instalada incorretamente.

Requisitos de tubulação de refrigerante

  • Retorne o óleo ao compressor
  • Certifique-se de que apenas refrigerante líquido entre no dispositivo de expansão
  • Minimize a perda de capacidade do sistema
  • Minimize a carga de refrigerante

Quando um sistema de refrigeração inclui tubulação de refrigerante montada em campo para conectar dois ou mais componentes, os principais objetivos do projeto geralmente são maximizar a confiabilidade do sistema e minimizar o custo de instalação. Para atingir esses dois objetivos, o projeto da tubulação de refrigerante de interconexão deve atender aos seguintes requisitos:

  • Devolva o óleo ao compressor na taxa adequada, em todas as condições de operação
  • Certifique-se de que apenas refrigerante líquido (sem vapor) entre no dispositivo de expansão
  • Minimize a perda de capacidade do sistema causada pela queda de pressão na tubulação e acessórios
  • Minimize a carga total de refrigerante no sistema para melhorar a confiabilidade e minimizar o custo instalado
Compressor de rolagem

O primeiro requisito é garantir que o óleo retorne ao compressor em todas as condições de operação. O óleo é usado para lubrificar e vedar as partes móveis de um compressor. Por exemplo, o compressor scroll mostrado na Figura acima usa duas configurações scroll, acopladas face a face, para comprimir o vapor do refrigerante. As pontas desses scrolls são equipadas com vedações que, juntamente com uma fina camada de óleo, evitam que o vapor do refrigerante comprimido escape pelas superfícies de contato. Da mesma forma, outros tipos de compressores também contam com óleo para lubrificação e para fornecer uma vedação ao comprimir o vapor do refrigerante.

Caracteristicamente, parte desse óleo lubrificante é bombeado junto com o refrigerante por todo o restante do sistema. Embora esse óleo não tenha função em nenhum outro lugar do sistema, a tubulação do refrigerante deve ser projetada e instalada de forma que esse óleo retorne ao compressor na taxa adequada, em todas as condições de operação.

Devolução de óleo para compressores

Voltando ao esquema do sistema, gotas de óleo são bombeadas para fora do compressor junto com o vapor refrigerante de alta pressão quente. A velocidade do refrigerante dentro da linha de descarga deve ser alta o suficiente para transportar as pequenas gotas de óleo pelo tubo até o condensador.

Devolução de óleo para compressores

Dentro do condensador, o vapor do refrigerante condensa em um líquido. O refrigerante líquido e o óleo têm afinidade um pelo outro, de modo que o óleo se move facilmente junto com o refrigerante líquido. Do condensador, esta mistura de refrigerante líquido e óleo flui através da linha de líquido para o dispositivo de expansão.

Em seguida, a mistura refrigerante-óleo é medida através do dispositivo de expansão para o evaporador, onde o refrigerante líquido absorve calor e vaporiza. Novamente, a velocidade do vapor refrigerante dentro da linha de sucção deve ser alta o suficiente para transportar as gotas de óleo pelo tubo de volta ao compressor.

Sem velocidade adequada e instalação adequada do tubo, o óleo pode ficar preso no sistema. Se esta condição for severa o suficiente, o nível de óleo reduzido no compressor pode causar problemas de lubrificação e, potencialmente, falha mecânica.

Válvula de Expansão Termostática (TXV)

O segundo requisito do projeto da tubulação de refrigerante é garantir que apenas refrigerante líquido entre no dispositivo de expansão. Existem vários tipos de dispositivos de expansão, incluindo válvulas de expansão (termostáticas ou eletrônicas), tubos capilares e orifícios.

Válvula de Expansão Termostática (TXV)

Além de manter a diferença de pressão entre os lados de alta pressão (condensador) e de baixa pressão (evaporador) do sistema, uma válvula de expansão termostática (TXV) também controla a quantidade de refrigerante líquido que entra no evaporador. Isso garante que o refrigerante seja completamente vaporizado dentro do evaporador e mantém a quantidade adequada de superaquecimento no sistema.

Sub-resfriamento

Dentro do condensador, depois que todo o vapor do refrigerante foi condensado em líquido, o refrigerante é sub-resfriado para baixar ainda mais sua temperatura. Esse refrigerante líquido subresfriado sai do condensador (A) e sofre uma queda de pressão à medida que flui pela linha de líquido e acessórios, como um filtro secador e uma válvula solenoide, instalados a montante da TXV. No gráfico de entalpia de pressão, Figura abaixo na página 5, isso move a condição do refrigerante em direção à curva de líquido saturado (B). Se esta queda de pressão for alta o suficiente, ou se o refrigerante não tiver sido subresfriado o suficiente pelo condensador, uma pequena porção do refrigerante pode ferver (ou flash), resultando em uma mistura de líquido e vapor (C) entrando no dispositivo de expansão.

Sub-resfriamento

A presença de vapor refrigerante a montante do dispositivo de expansão é muito indesejável. Bolhas de vapor deslocam o líquido na porta da TXV, reduzindo a vazão de líquido através da válvula, reduzindo substancialmente a capacidade do evaporador. Isso resulta em operação errática da válvula.

O projeto do sistema de tubulação deve garantir que somente refrigerante líquido (sem vapor) entre no dispositivo de expansão. Isso requer que o condensador forneça subresfriamento adequado em todas as condições de operação do sistema e que a queda de pressão na linha de líquido e acessórios não seja alta o suficiente para causar flashing. O subresfriamento permite que o refrigerante líquido experimente alguma queda de pressão à medida que flui através da linha de líquido, sem o risco de flashing.

Queda de pressão em uma linha de sucção

O terceiro requisito do projeto da tubulação de refrigerante é minimizar a perda de capacidade do sistema. Para atingir a capacidade máxima do sistema, o refrigerante deve circular pelo sistema da forma mais eficiente possível. Isso envolve minimizar qualquer queda de pressão através da tubulação e outros componentes do sistema.

Sempre que um fluido flui dentro de um tubo, ocorre uma queda de pressão característica. A queda de pressão é causada pelo atrito entre o líquido (ou vapor) em movimento e as paredes internas do tubo. A queda de pressão total depende do diâmetro e comprimento do tubo, do número e tipo de conexões e acessórios instalados na linha e da taxa de fluxo de massa, densidade e viscosidade do refrigerante.

Queda de pressão em uma linha de sucção

Como exemplo, o gráfico da Figura acima demonstra o impacto da queda de pressão, através da linha de sucção, na capacidade e eficiência do sistema. Para este sistema de exemplo operando com Refrigerante-22, aumentar a queda de pressão total na linha de sucção de 3 psi (20,7 kPa) para 6 psi (41,4 kPa) diminui a capacidade do sistema em cerca de 2,5 por cento e diminui a eficiência do sistema em cerca de 2 por cento.

Isso revela um compromisso com o qual o projetista do sistema deve lidar. O diâmetro da linha de sucção deve ser pequeno o suficiente para que a velocidade do refrigerante resultante seja suficientemente alta para transportar gotas de óleo através do tubo. Porém, o diâmetro da tubulação não deve ser tão pequeno que gere uma queda de pressão excessiva, reduzindo demais a capacidade do sistema.

Minimizar a carga de refrigerante

Os três primeiros requisitos permaneceram inalterados por muitos anos. No entanto, anos de observação e solução de problemas revelaram que quanto menor a carga de refrigerante do sistema, mais confiável é o desempenho do sistema. Portanto, um quarto requisito foi adicionado ao projeto da tubulação de refrigerante: minimizar a quantidade total de refrigerante no sistema. Para começar, isso envolve traçar o roteamento de tubulação mais curto, simples e direto. Também envolve o uso do menor diâmetro de tubo possível, principalmente para a linha de líquido porque, das três linhas, é a que mais afeta a carga de refrigerante. O gráfico na Figura abaixo mostra que a linha de líquido perde apenas para o condensador na quantidade de refrigerante que contém.

Minimizar a carga de refrigerante

Isso revela outro compromisso para o projetista do sistema. O diâmetro da linha de líquido deve ser o menor possível para minimizar a carga total de refrigerante. No entanto, o diâmetro do tubo não pode ser pequeno o suficiente para criar uma queda de pressão excessiva que resulte em flashing antes que o refrigerante líquido atinja o dispositivo de expansão.

Envolva o fabricante

Se fornecido, use tamanhos de linha de refrigerante recomendados pelo fabricante

Este guia discute os processos de dimensionamento da tubulação de interligação em um sistema de ar condicionado. Algumas das informações necessárias para selecionar os tamanhos de linha ideais são mais bem conhecidas pelo fabricante. Portanto, se o fabricante do equipamento de refrigeração fornecer tamanhos de linha recomendados ou ferramentas para selecionar os tamanhos de linha ideais, recomendamos que você use esses tamanhos de linha.

Se, no entanto, os tamanhos de linha não forem fornecidos pelo fabricante, os processos descritos neste guia podem ser usados ​​para selecionar os tamanhos.

Requisitos Gerais de Tubulação

  • Use tubos de cobre tipo L limpos
    • Juntas cobre-cobre: ​​BCuP-6 sem fluxo
    • Juntas cobre-aço (ou latão): BAg-28, fluxo não ácido
  • Apoie adequadamente a tubulação para levar em consideração a expansão, vibração e peso
  • Evite instalar tubulações no subsolo
  • Teste todo o circuito de refrigerante quanto a vazamentos

Antes de discutir o projeto e a instalação das linhas de sucção, descarga e líquido, existem alguns requisitos gerais que se aplicam a todas essas linhas.

Primeiro, a tubulação de cobre é normalmente usada para tubulação de refrigerante em sistemas de ar condicionado. Esta tubulação está disponível em vários diâmetros padrão e espessuras de parede. O diâmetro nominal da tubulação é expresso em termos de seu diâmetro externo. Esta tubulação deve estar completamente livre de sujeira, incrustações e óxido. Recomenda-se a utilização de tubos novos Tipo L ou Tipo ACR que tenham sido limpos pelo fabricante e tampados em ambas as extremidades para aplicações de ar condicionado.

O sistema de tubulação é construído por brasagem de tubos de cobre e conexões. Ao soldar juntas cobre-cobre, use BCuP-6* sem fluxo. Para juntas cobre-aço ou cobre-latão, use BAg-28* com fluxo não ácido.

Com base na especificação da American Welding Society (AWS) para metais de adição para brasagem e soldagem por brasagem, publicação A5.8–1992

A tubulação de refrigerante deve ser devidamente suportada para levar em consideração a expansão, vibração e o peso total da tubulação. Quando um tubo experimenta uma mudança de temperatura, ele está sujeito a uma certa quantidade de expansão e contração. Como a tubulação de refrigerante está conectada ao compressor, as forças de vibração são transmitidas à própria tubulação. Finalmente, o peso do tubo e conexões cheios de refrigerante deve ser suportado para evitar que os tubos caiam, dobrem ou quebrem.

Evite instalar a tubulação de refrigerante no subsolo. É muito difícil manter a limpeza durante a instalação ou testar vazamentos. Se a instalação subterrânea for inevitável, cada linha deve ser isolada separadamente, e então as linhas devem ser impermeabilizadas e protegidas com um invólucro rígido (como PVC).

Após a instalação da tubulação, todo o circuito de refrigeração deve ser testado quanto a vazamentos antes de ser carregado com refrigerante. Esse processo normalmente envolve a pressurização de todo o sistema de tubulação com nitrogênio seco para examinar cada junta soldada quanto a vazamentos.

Cada uma dessas questões é discutida com mais detalhes no Manual de Refrigeração Alternativa Trane.

Referência

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