Algumas dessas questões relacionadas à movimentação do fluido refrigerante que podem causar danos ao compressor são:
-Absorção do Fluido Refrigerante pelo Óleo;
-Diluição do Óleo;
-Bombeamento do Óleo para Fora do Compressor;
-Movimentação de Fluido por Diferença de Temperatura;
-Retorno de Líquido pela descarga;
-Retorno de Líquido;
Em qualquer equipamento de refrigeração é necessária uma quantidade específica de fluido refrigerante para que o sistema trabalhe de forma apropriada. Essa quantidade de fluido refrigerante pode estar acima ou abaixo da quantidade máxima recomendada pelo fabricante do compressor. Sistemas que geralmente exigem uma quantidade de fluido refrigerante inferior a máxima recomendada para o compressor: equipamentos unitários como refrigeradores domésticos, sistemas de A/C de janela, máquinas para fabricação de gelo e outras. Algumas que podem precisar de mais fluido refrigerante, seriam máquinas como: condicionadores de ar residenciais do tipo split, máquinas para fabricação de gelo com condensador remoto e até mesmo condicionadores de ar comerciais também, podem exigir uma maior carga de refrigerante do que a recomendada para o compressor.
Quando tratamos de sistemas montados em campo (split residencial e sistemas comerciais), a quantidade de fluido refrigerante necessária deve também levar em consideração os componentes do sistema, particularmente as linhas de sucção e de liquido. Uma adição de óleo ao sistema pode ser necessária para garantir uma lubrificação apropriada do compressor. Quando a quantidade de fluido refrigerante necessária ao sistema excede a quantidade máxima recomendada para aquele compressor, alguns passos devem ser seguidos para proteger o compressor dos efeitos da movimentação de fluido refrigerante durante o tempo em que o sistema permanece desligado.
Absorção de Fluido Refrigerante
A absorção (Transferência de fluido refrigerante, por difusão, das regiões do sistema ricas em fluido refrigerante para as regiões do sistema ricas em óleo) acontece sem que ocorra um diferencial de pressão perceptível no equipamento já que a pressão do fluido refrigerante na forma de vapor é ligeiramente mais baixa na superfície de contato com o óleo lubrificante do que nas demais regiões do sistema.
O que causa a absorção?
O óleo lubrificante do compressor deve ser miscível ao fluido refrigerante do sistema. A miscibilidade significa que o óleo lubrificante combina fisicamente com o fluido refrigerante, o que ajuda a garantir que o retorno do óleo enviado ao sistema seja mais confiável.
Em condições normais de temperatura, a pressão de vapor do óleo em um sistema de refrigeração é muito mais baixa do que a pressão de vapor do fluido refrigerante, e durante períodos de parada. Como resultado da miscibilidade entre o fluido e o óleo, a parcela de fluido refrigerante que está em contato com a superfície de uma grande quantidade de óleo é absorvida. Isso faz com que a pressão do fluido refrigerante nessa região de contato diminua, e essa diferença de pressão produz o fenômeno da difusão, que representa a transferência do fluido refrigerante de outras regiões ricas em fluido, para essa região rica em óleo e com baixa pressão. Esse é o mesmo efeito que acontece quando nós abrimos a porta do banheiro após um longo banho quente e toda a umidade se propaga rapidamente pela casa. Entretanto, no sistema de refrigeração a absorção ocorre mesmo quando todas as partes do sistema estão na mesma temperatura. O fluido refrigerante se difunde para as regiões onde está ocorrendo a absorção, e o nível de óleo sobe. Isso é esperado em todos os sistemas.
Quando a quantidade de fluido refrigerante disponível para migração é menor do que a quantidade máxima suportada pelo compressor, ocorre uma queda de pressão súbta no cárter no momento da partida, isso produz um grande volume de espuma no óleo que representa o fluido refrigerante saindo do óleo, este é um efeito comum, aceitável e visível pelo visor de óleo no cárter do compressor. Essa espuma é composta de fluido refrigerante na forma de vapor envolvida por uma película de óleo. Quando a quantidade de fluido refrigerante no sistema excede a quantidade máxima recomendada do compressor e o tempo em que o sistema permanece parado é longo o suficiente, o nível de óleo pode subir além do limite aceitável. Uma quantidade muito maior de espuma será produzida, alcançando um nível mais alto dentro do cárter e por um período mais longo.
Champagne, quando está quente e foi agitado, produz uma excelente demonstração do efeito das bolhas logo após que se abre a garrafa e um jato de espuma é disparado para fora da garrafa, ou seja, ocorre uma brusca queda de pressão do interior para fora da garrafa e o fluido na forma gasosa, no caso o dióxido de carbono, deixa rapidamente o fluido na forma líquida, que no caso é o próprio champagne.
Quando a carga de fluido refrigerante do sistema está abaixo da carga máxima recomendada pelo fabricante, a espuma é produzida em quantidades muito pequenas que não são suficiente para alcançar a passagem interna para a sucção do compressor. O mecanismo de compressão pode suportar pequenas quantidades de óleo sem sofrer danos, mas quando a quantidade presente na espuma é grande o bastante, a tentativa de comprimir essa parcela de líquido irá criar uma força suficiente para quebrar o conjunto mecânico do compressor.
Um compressor que seja capaz de evitar danos mesmo lidando com grandes quantidades de óleo provenientes da movimentação de fluido durante o período de desligamento do sistema poderá sofrer danos por outros meios. Considere que o excesso de fluido refrigerante no cárter do compressor no momento da partida pode causar outros efeitos adicionais como a diluição do óleo e o bombeamento de óleo para fora do compressor.
Diluição de Óleo
Uma quantidade excessiva de fluido refrigerante no cárter do compressor reduz a capacidade de lubrificação do óleo, pois é reduzida a viscosidade do óleo. Como resultado, temos o contato metal com metal em regiões como mancais, bielas e outras partes mecânicas, tanto no momento da partida quanto ao longo do período de funcionamento do sistema. Isso acontece até que o excesso de fluido refrigerante seja retirado do óleo pela queda de pressão na sucção e pelo aquecimento do compressor durante operação. Esse tipo de contato causa danos significativos a esses componentes mecânicos, danos que se tornam fatais para o equipamento ao longo do tempo.
Bombeamento de Óleo para Fora do Compressor
Esse fenômeno de bombeamento de óleo para fora do compressor ocorre quando, durante o start-up, temos espuma sendo sugada pelo compressor e enviada para o sistema em quantidades que mantenham o cárter do compressor abaixo no nível mínimo aceitável para que o sistema de óleo funcione corretamente. É correto observar que o óleo irá retornar para o cárter do compressor através do percurso natural do circuito, mas durante o período em que o cárter esteve com o nível de óleo abaixo do necessário as partes mecânicas trabalharam com uma lubrificação abaixo do ideal, ou seja, ameaçando a sua vida útil. Quando os mancais conseguem sobreviver a esse primeiro ciclo de falta de óleo elas irão ficar cada vez mais danificadas por efeito dos próximos ciclos de falta de óleo até que as condições que permitem essa migração em excesso sejam solucionadas ou que os danos sejam suficientes para quebrar o compressor.
Resistências de Cárter
É prudente sempre utilizar uma resistência de cárter em sistemas que necessitam uma quantidade de fluido acima da máxima recomendada pelo fabricante do compressor. Quando a temperatura do óleo que está dentro do compressor é mantida em torno de 8ºC acima da temperatura do resto do sistema, a quantidade de fluido refrigerante presente no cárter do compressor pode ficar dentro de uma quantidade aceitável. Para o calor proveniente da resistência de cárter ser efetivo é necessário um tempo mínimo de funcionamento dela. Portanto, antes do start-up, devem ser seguidas as instruções de potência e tempo mínimo de funcionamento da resistência conforme informado pelo fabricante do compressor.
Pump-Down ou Recolhimento
Outra técnica de prevenção contra os problemas causados pela movimentação do fluido refrigerante durante o período de parada do sistema é usar a técnica chamada Pump-Down, que se baseia em isolar o fluido refrigerante do compressor durante os períodos de parada do sistema. Isso é conseguido com a instalação de uma válvula solenóide na linha de líquido antes da Válvula de Expansão. Um termostato deve ser usado para abrir a válvula solenóide quando a refrigeração for necessária. Quando o termostato atinge o valor de set-point, a válvula é fechada cortando o fornecimento de fluido refrigerante para o evaporador e a pressão na sucção cai rapidamente até que um pressostato instalado no lado da sucção desliga o compressor. Com essa técnica, a carga de fluido refrigerante fica isolada do cárter do compressor, durante o período de parada, pelo bloqueio feito pela válvula solenóide e pela válvula de descarga do compressor. A técnica de pump-down garante que o compressor fique isolado da carga de fluido, porém, é prudente manter o sistema energizado, pois no caso de existir um pequeno vazamento o pressostato irá acionar o compressor até que a sucção seja esvaziada novamente. O Pump-Down deve ser usado sempre que se tenha um sistema que o evaporador utiliza degelo elétrico e quando a carga de fluido refrigerante necessária para um funcionamento adequado do sistema ficar muito acima da capacidade que a resistência de cárter suporta proteger durante o período de parada.
Transferência de Fluido Refrigerante por diferença de temperatura
Assim como no fenômeno da absorção, o fluido refrigerante pode se movimentar no sistema por diferença de temperatura entre as diversas regiões do sistema. Essas diferenças, e as movimentações que resultam delas, são provenientes do efeito chamado “Heat Pipe” ou “duto de calor”. Esse feito acontece baseado em um ciclo de trocas de calor sem o uso de um compressor e que opera de acordo com as leis de movimentação de fluido por influência dos diferenciais de pressão causados por condensação e fluxo por gravidade. Todos sistemas de refrigeração se comportam como um duto de calor quando estão parados.
Como exemplo, tente imaginar dois tubos fechados: um tubo está em vácuo, e o outro foi carregado com uma pequena quantidade de algum líquido, água ou algum fluido refrigerante e com o resto do volume interno desse tubo preenchido com o gás desse mesmo líquido (vapor no caso da água). Quando a parte de baixo dos dois tubos é imersa em água quente, o tubo que contém líquido e vapor irá distribuir o calor rapidamente por toda a sua extensão, enquanto que o tubo que está em vácuo irá demorar muito mais tempo para aquecer por inteiro. O fluido refrigerante que está depositado no fundo do tubo que foi carregado irá receber calor da água quente e evaporar alcançando a parte de cima do tubo. Porém, na parte de cima do tubo está a região de baixa temperatura, que irá fazer o fluido condensar novamente e escorrer pelas paredes do tubo até voltar ao fundo onde irá aquecer e evaporar novamente. Esse ciclo de condensação e evaporação irá se repetir enquanto existir uma diferença de temperatura entre as duas extremidades.
Retorno de Líquido Pela Descarga
Em um sistema de refrigeração parado, a gravidade pode trazer fluido refrigerante até o compressor, esse fenômeno é chamado Retorno de Líquido. Três condições tornam favorável o aparecimento desse fenômeno:
1. Condensador mais alto que o compressor;
2. Condensador em temperatura mais baixa que o resto do sistema;
3. Não uso de dispositivo contra retorno de fluido, como sifão ou válvula de retenção.
Quando o fluido refrigerante retorna para o compressor, ele atua como um solvente que retira o óleo das áreas de contato metal com metal, deixando algumas peças do conjunto mecânico sem lubrificação ameaçando a vida útil do compressor por trabalhar nessas condições tanto nos momentos de partida, quanto de funcionamento constante. Outro risco do retorno de líquido é um aumento substancial na pressão de descarga em virtude desse líquido acumulado na linha de descarga do compressor que deve ser comprimido e empurrado para o sistema no momento da partida. A pressão necessária pra remover totalmente o líquido que está parado na descarga pode ser alta o suficiente para provocar a quebra do compressor.
Para evitar o retorno de líquido quando o condensador está acima do compressor, a tubulação deve ser desenhada de forma a passar acima do ponto mais alto do condensador para formar um sifão e manter o líquido preso no condensador quando o compressor não está funcionando, e assim não poderá retornar ao compressor. Uma válvula de retenção externa também pode ser instalada na descarga.
Retorno de Líquido e Acumuladores de Sucção
Um “Retorno de Líquido” é uma quantidade de líquido que entra no compressor pela sucção, durante o momento da partida ou durante operação, que é grande o suficiente para superar a capacidade do compressor de separar o líquido do vapor antes que o excesso de líquido alcance o mecanismo do compressor.
Se, durante o período de parada, uma quantidade de líquido suficiente para causar um golpe no compressor puder se acumular em algum ponto da tubulação entre o evaporador e o compressor, é necessário um componente chamado “Acumulador de Sucção” que seja o bastante para prevenir danos ao compressor por golpe de líquido. Evidencias de que ocorreu um golpe de líquido são vibração em excesso e barulho anormal assim como um volume expressivo de espuma sendo visto no visor do compressor. Ao final, o retorno de líquido irá causar a quebra do compressor.
Um acumulador de sucção é um equipamento capaz de separar o liquido do vapor e manter o fluxo de líquido que vai para o compressor dentro de um padrão tolerável.
Estar apto a reconhecer os sintomas das movimentações de fluido durante o período de parada do sistema é uma parte importante do conhecimento de qualquer técnico de refrigeração. Diagnosticando corretamente qual o tipo de movimentação de fluido está correndo durante o período de parada do sistema, é possível saber quais as ações corretivas necessárias para proteger o compressor.