Compressor

O compressor atua como o coração do sistema de refrigeração, criando o fluxo do refrigerante ao longo dos componentes do sistema. No processo, recebe vapor refrigerante em baixas temperatura e pressão e eleva o vapor até uma pressão e temperatura maior.

Ver também: calor de compressão.

Junto com o capilar (ou outro dispositivo de expansão), o resultado é que no evaporador a pressão e temperatura do refrigerante são reduzidas, permitindo assim que ele absorva calor. Já no condensador elas são aumentadas, permitindo que ele ceda calor para o meio ambiente.

Existem cinco tipos de compressores, cujos nomes vêm da ação de suas partes mecânicas:

  • alternativo: tem um pistão que vai e vem dentro de um cilindro. É o mais comum nos aparelhos atuais. É de baixa capacidade, mais gradativamente vai sendo substituído pelo rotativo, mais econômico e silencioso;
  • rotativo: tem um rotor excêntrico que gira dentro de um cilindro;
  • scroll: tem duas partes separadas de forma espiral. Uma permanece fixa enquanto a outra gira contra ela;
  • parafuso: tem dois rotores em forma de parafuso, um macho e outro fêmea. Interagem a medida que giram, assim como um parafuso girando numa rosca;
  • centrífugo: tem um propulsor de alta velocidade, com muitas pás, que gira num alojamento de forma especial.

O tipo de compressor utilizado em um sistema depende da capacidade e do seu uso. Os compressores alternativos e rotativos são mais comuns  em sistemas de até 30.000 BTUS. A partir daí, começa a ser usado o scroll, comum em splits acima de 24.000 BTUS.

A tabela abaixo descreve as principais características de cada tipo de compressor:

ROTATIVO

SCROLL

ALTERNATIVO

PARAFUSO

CENTRÍFUGO

Faixa de tamanho Menor (5 toneladas) 5 a 10 toneladas Tonelagem fracional até150 TRs 100-750 TRS Maiores (100a 10 000 + TRS.
Tipos Vane deslizante e tipo símbolo rotativo, só carcaça soldada “compliant” e não “compliant” , só carcaça soldada herméticos abertos, semi-herméticos e herméticos de carcaça soldada rotor rotativo, aberto e hermético Simples e multi-estágios, aberto e hermético
Deslocamento positivo positivo positivo positivo não positivo
Controle de capacidade típico velocidade variável e liga-desliga velocidade variável e liga-desliga velocidade varíavel, liga-desliga, descarregadores de cilindro velocidade variável e válvula deslizante de admissão velocidade variável e vane guia de admissão
Válvulas de sucção não não SIM não não
Válvulas de descarga SIM não SIM não não
Aplicação usual refrigeradores e outras aplicações, condicionadores de ar de sala, e pequenos sistemas centrais pequenos sistemas centrais para refrigeração, condicionamento de ar, e ciclo reverso refrigeração e ar-condicionado, ciclo reverso, e transportes refrigeração, ar-condicionado, e ciclo reverso refrigeração, ar-condicionado, e ciclo reverso

Independente do tipo e da aparência, que são as mais variadas possíveis, o papel é sempre o mesmo em qualquer equipamento de refrigeração: elevar temperatura e pressão do gás refrigerante.

O compressor é o único grande componente de um sistema de refrigeração que manifesta de imediato falhas. Os outros componentes podem começar a operar incorretamente ou até falhar mas, na maioria das vezes, o resultado do problema é visto primeiro no compressor.

A maioria dos problemas num sistema de refrigeração, quando deixados sem solução por um longo período de tempo, resultam na falha do compressor. Se o técnico pensar que a causa da falha está no próprio compressor, ele fará muitas trocas desnecessárias. É fundamental ele diagnosticar corretamente o defeito do sistema.

Veja: procedimentos para trabalhar com segurança em compressores de ar condicionado e geladeira

Compressor alternativo

Nesse tipo de compressor o movimento do pistão sincronizado com o fechamento e abertura das válvulas de sucção e descarga. Quando a válvula de sucção fecha, o pistão começa a comprimir o gás refrigerante até chegar a pressão aproximada de 263 PSIG onde ocorre a abertura da válvula de descarga. Esse processo se repete aproximadamente 3.000 vezes por minuto já que esse é o RPM comum de um compressor alternativo usando R22.

Alguns compressores alternativos tem o motor e o compressor dentro da mesma carcaça e são chamados de herméticos. Outros, tem o motor independente do compressor e, neste caso, são chamados de abertos. Uma coisa importante a frisar é que no caso dos abertos o motor pode ser elétrico ou de explosão interna (gasolina, diesel). Esse último caso ocorre muito nos sistemas de refrigeração para transporte de cargas perecíveis por caminhão e container. O compressor, normalmente, é acionado pelo motor através de correia e polia.

compressor alternativo hermético
Foto de um compressor alternativo
Hermético

compressor semi herméticou ou aberto
Foto de um compressor semi hermético ou aberto
Semi-hermético ou aberto

Nos casos de acionamento externo, deve-se tomar cuidado para usar um motor que gire a mesma velocidade necessária ao funcionamento do compressor. Pode-se também usar polias e correias para conseguir a velocidade correta – nesse caso deve-se respeitar rigorosamente a especificação do fabricante ou correr o risco de causar sérios danos ao compressor.

O esfriamento desse compressor é feito pelo gás refrigerante que entra pela linha de sucção. O calor de sucção passa para o refrigerante e é dissipado no condensador junto com o que foi retirado do ambiente condicionado.

O óleo para lubrificação dos compressores herméticos fica no fundo da carcaça e sobe através de um canal dentro do eixo do conjunto e depois desce por gravidade, lubrificando as partes móveis.

Compressor alternativo transparente mostrando como o óleo circula pela carcaça
Compressor alternativo transparente em funcionamento mostrando como o óleo circula pela carcaça

placa de válvulas de um compressor
Placa de válvulas de um compressor hermético
Válvula (palheta) de sucção

válvula de descarga de um compressor
Válvula de descarga de um compressor hermético
Válvula (palheta) de descarga

mola de fixação do mecanismo do compressor na carcaça
Mola de fixação do mecanismo do compressor na carcaça
Mola de fixação na carcaça

mecanismo do compressor preso na carcaça
Mecanismo do compressor preso na carcaça
Mecanismo preso na carcaça

Bobina elétrica de um compressor com os terminais elétricos
Bobina elétrica de um compressor com os terminais elétricos
Bobina elétrica e terminal de conexão aos bornes

Compressor rotativo e seus componentes

Esquema de um compressor rotativo hermético com seus componentes
Esquema de um compressor rotativo hermético com seus componentes

Compressor scroll

O conceito básico do compressor scroll (espiral) existe desde 1886, quando uma patente italiana foi requerida. Devido à problema de estanqueidade, a aplicação do mesmo foi retardada. Hoje, a nova tecnologia de máquinas operadoras e processos de manufatura tornou possível a solução deste problema.

vista em corte de um compressor scroll
Vista em corte de um compressor scroll

O compressor scroll oferece muitos benefícios aos usuários de sistemas de ar-condicionado:

  • em média é 5% a 10% mais eficiente que um compressor recíproco de igual capacidade;
  • não possui válvulas, sendo extremamente resistente a golpes de líquido;
  • possui 64% menos partes móveis que um compressor recíproco de igual capacidade;
  • operação extremamente suave e silenciosa, comparável à de um compressor centrífugo;
  • baixa variação de torque, o que proporciona um aumento na vida útil do motor, reduzindo a sua vibração;
  • o resfriamento do motor feito pelo refrigerante na forma gasosa resulta em baixa temperatura dos enrolamentos do motor, o que aumenta a sua eficiência e confiabilidade.

O compressor scroll utiliza duas peças em espiral para realizar o trabalho da compressão do gás:

espiras do compressor scroll
Espiras do compressor scroll

As espirais estão montadas face a face. A espiral superior é a espira fixa onde está a abertura de descarga do gás. A espiral inferior é a que é acionada pelo motor.

A sucção do refrigerante gasoso ocorre na orla externa do conjunto das espiras e a descarga acontece através da abertura existente no centro da espiral estacionária.

Note que a borda superior das espiras é ajustada com selos que correm sobre a superfície da espiral oposta. Eles atuam de forma semelhante aos anéis do pistão de um compressor alternativo, lacrando o refrigerante na forma gasosa, entre as superfícies em contato.

O centro do mancal do eixo da espiral e o centro do eixo do motor do conjunto de acionamento têm um recuo. Este recuo permite um movimento excêntrico ou orbital para a espiral móvel.

O movimento orbital faz com que o par de scrolls forme bolsas de refrigerante na forma gasosa. Como este movimento é contínuo, o movimento relativo entre a espiral fixa faz com que as bolsas se desloquem para a abertura de descarga situada no centro do conjunto, com um decréscimo constante de volume.

primeira etapa do movimento dos scrolls
Primeira etapa do movimento dos scrolls

Por exemplo, durante a primeira volta do eixo, ou fase de sucção, a parte da superfície lateral da espiral permite a entrada do refrigerante na forma gasosa, succionando o mesmo.

scrolls após completar uma volta
Scrolls após completar uma volta

Ao completar uma volta, as superfícies das espirais novamente se encontram formando bolsas.

bolsas de gás no interior dos scrolls
Bolsas de gás no interior dos scrolls

Durante a segunda volta do eixo, ou fase de compressão, o volume das bolsas com refrigerante na forma gasosa é progressivamente reduzido.

redução do volume das bolsas de gás no interior dos scrolls
Redução do volume das bolsas de gás no interior dos scrolls

Completando a segunda volta chega-se à máxima compressão. Durante a terceira volta, ou fase de descarga, a parte final da espiral libera o refrigerante na forma gasosa, comprimindo-o através da abertura de descarga.

Máxima compressão do gás no interior dos scrolls
Máxima compressão do gás no interior dos scrolls
descarga do gás no interior dos scrolls
Descarga do gás no interior dos scrolls
Final do ciclo de compressão do gás no interior dos scrolls
Final do ciclo de compressão do gás no interior dos scrolls

Finalmente, ao completar a volta, o volume da bolsa é reduzido a zero, comprimindo o refrigerante na forma gasosa remanescente na espiral.

A compressão e descarga acontecem simultaneamente em uma sequência contínua:

A: sucção;

B: compressão;

C: descarga.

Compressão e descarga simultâneas nos scrolls
Compressão e descarga simultâneas nos scrolls

Compressor parafuso

Se cortássemos um compressor parafuso, veríamos dois rotores (“parafusos”). Um com uma rosca macho e outro com fêmea. É exatamente essa diferença que lhe permite comprimir o gás refrigerante enquanto os dos dois parafusos se tocam.

O motor do compressor aciona o rotor macho o qual, por sua vez, aciona o fêmea. Alguns compressores utilizam um sistema injetor de óleo para selar a folga entre as roscas e a parede do compressor.

Os eixos do motor e de acionamento costumam operar na horizontal. Daí a forma característica, horizontal desse compressor.

foto de um compressor parafuso
Foto de um compressor parafuso

Sua utilização é comercial e industrial. Em geral a capacidade varia entre 20 a 750 TRs.

Compressor centrífugo

Nos compressores centrífugos, o rotor ou propulsor gira em alta velocidade (3.000 a 20.000 RPMs) dentro da carcaça. O refrigerante é alimentado dentro da carcaça, no centro do propulsor. O propulsor força o vapor contra a sua parte externa, através da força centrífuga, fazendo-o mover-se a alta velocidade. A seguir o gás, em alta velocidade, desacelera e expande. Esse é chamado um estágio de compressão.

O gás, com a pressão aumentada entra na sucção de um outro propulsor, passando por todo o processo novamente e saindo com maior pressão ainda. A cada vez que esse processo se repete chama-se de estágio de compressão.

Os modelos voltados para a refrigeração industrial podem chegar a contar com 4 estágios de compressão enquanto os voltados para uso comercial em geral contam com apenas um ou dois estágios.

Foto de um compressor parafusoEm geral os eixos de transmissão e do motor estão dispostos na horizontal dando a forma característica desses compressores, que pode ser vista na foto abaixo.

foto de cum compressor centrífugo
Foto de um compressor centrífugo

São compressores que operam com algum barulho devido a alta rotação.

São bastante comuns em equipamentos entre 100 a 10.000 TRs

Óleos de lubrificação para compressores

A função básica dos óleos lubrificantes em compressores é diminuir o atrito entre as partes móveis e as fixas, evitando o desgaste prematuro das peças e um aquecimento excessivo. A lubrificação permanecerá satisfatória por um longo período desde que a temperatura de operação, pressão e ausência de substâncias contaminantes esteja assegurada.

É importante lembrar que o óleo se mistura ao gás refrigerante, circulando pelos componentes do ciclo de refrigeração. Um bom projeto de aparelho deve permitir o retorno da mesma quantidade de óleo para o compressor da que está saindo. Essa característica é tão típica que uma forma comum de detectar onde está um vazamento no sistema é identificar onde existe óleo nele.

Os óleos lubrificantes para refrigeração têm características especiais, discutidas abaixo:

  • Viscosidade: ela diminui com a elevação da temperatura. O óleo deve ter uma característica que permite a ele, quando submetido à altas temperaturas, que não afine demais sem formar uma camada protetora. Já quando submetido a baixas temperaturas, ele não deve ficar pastoso;
  • Miscibilidade: a viscosidade do lubrificante diminui à medida em que aumenta sua solubilidade com o gás refrigerante. A completa miscibilidade permite ao lubrificante fluir através do sistema junto ao gás, garantindo bom retorno ao compressor.
  • Resíduo de carbono: os óleos são passíveis de decomposição através de calor. Portanto, ao se especificar um óleo deve-se ter em conta as temperaturas normais de trabalho do compressor para evitar a carbonização do óleo, principalmente na placa de válvulas. Do contrário, os resíduos de carbono favorecerão a formação de borra que pode provocar obstrução no sistema além da deficiência na lubrificação ocasionada pela decomposição.
  • Floculação: a cera contida nos lubrificantes possui tendência a precipitar-se quando submetida a baixas temperaturas (floculação). Os flocos de cera podem depositar-se no elemento de controle de fluxo, obstruindo a passagem do refrigerante, ou depositar-se no evaporador, diminuindo a transferência de calor. Portanto, os lubrificantes não devem apresentar floculação em temperaturas encontradas normalmente no sistema de refrigeração.
  • Umidade: o óleo para refrigeração deve possuir teor de umidade inferior ou igual ao especificado pelo fabricante, a fim de evitar formação de sedimentos, ácidos ou mesmo congelamento da umidade no interior do sistema.

Nota: Estas características e outras (ponto de fluidez, resistência dielétrica, ponto de fulgor, ponto de combustão, cor, resistência oxidação, separação de fase) podem ser checadas em testes específicos de laboratório.

Teste elétrico do compressor

  1. Com um multímetro na escala x 1, verifique se há continuidade e se a resistência ôhmica é diferente de zero entre os terminais das bobinas comum e principal, comum e auxiliar e entre as bobinas principal e auxiliar.
  2. Com o multímetro na escala mais alta do aparelho (mínimo x 10K), faça o teste de massa (passagem de corrente da bobina para a carcaça do compressor), verificando a continuidade entre os três bornes (comum, principal e auxiliar) e a carcaça do compressor, em um ponto onde não haja tinta. Não poderá haver continuidade, caso contrário, o compressor está defeituoso.
teste elétrico de um compressor
Teste elétrico de um compressor

Teste mecânico do compressor

  1. Utilize um maçarico e solde nas extremidades dos tubos de sucção, descarga e processo, tubos de cobre com 220 mm de comprimento, lacrando em seguida a linha de sucção.
  2. Conecte a mangueira do manômetro de baixa pressão (azul) ao passador de processo: a mangueira vermelha no passador de descarga (sem conectá-la, ainda), ao manômetro de alta pressão e a mangueira amarela de manifold ao nitrogênio, fazendo passar pelo compressor uma pressão de 5 Lbs/pol2.
  3. Conecte a mangueira do manômetro de alta no manifold e ligue o compressor, marcando o tempo que o mesmo leva para atingir 300 Lbs/pol2. Desligue imediatamente o compressor quando isso ocorrer. OBSERVAÇÃO: A queda de pressão não poderá ser superior a 10%, ou seja, 30 Lbs/pol2 no mesmo espaço de tempo que o compressor levou para atingir as 300 Lbs/pol2.
  4. Retire, através das conexões do manifold, uma parte da pressão, mantendo 150 Lbs/pol2 no tubo do passador de descarga, dando uma nova partida no compressor. O compressor deverá partir. Desligue-o imediatamente.

Compressores – o que é importante saber antes de fazer os testes

  • Compressão de óleo: Antes de considerar o compressor com funcionamento perfeito, verifique se o mesmo não está comprimindo óleo em excesso ao sistema; pois todos os compressores comprimem uma película de óleo. Esta checagem é realizada ligando o compressor e verificando se na saída do tubo de descarga está expelindo ou pingando óleo.
  • Ruído: Se no funcionamento do compressor for notado ruído metálico (atrito entre partes de ferro), o sistema amortecedor interno do compressor poderá estar avariado ou com algum componente interno solto. Nestes casos, o compressor deverá ser trocado.
  • quando o compressor usar o gás ecológico (R134a) este vem equipado com óleo éster, que possui um alto índice de higroscopicidade (capacidade que uma substância possui em absorver umidade), portanto é imprescindível que os tubos do compressor NUNCA fiquem abertos por um tempo superior a 15 minutos.

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