Como lidar com um compressor ineficiente

Alta pressão de sucção e baixa pressão na linha de líquido podem colocar a qualidade e a segurança do produto em risco.

Ao atender um chamado de manutenção, é comum o refrigerista encontrar um compressor com pressão de sucção acima do normal junto com uma pressão na linha de líquido abaixo da desejável.

Muitas vezes, o equipamento de refrigeração ainda está funcionando, mas a temperatura do produto é muito quente, o que causa deterioração na qualidade e na segurança do produto.

Esse tipo de chamado é difícil de resolver porque o compressor ainda está resfriando, mas não o bastante para atingir sua capacidade máxima. Em casos assim, os produtos de média temperatura irão se desgastar mais rapidamente, ao passo que os de baixa não irão  congelar de maneira tão sólida quanto deveriam.

Há três razões principais para um compressor apresentar pressão de sucção acima do normal e pressão na linha de líquido abaixo da ideal. São elas:

• Válvulas do compressor ruins (com vazamento)
• Anéis do compressor desgastados
• Separador de óleo com vazamento

Válvulas com vazamento

As válvulas do compressor podem se tornar ineficientes ao serem superaquecidas e distorcidas, ou por causa de depósitos de carbono e/ou borra, o que as impede de serem vedadas corretamente. Isso pode ser causado por:

• Problemas de migração do refrigerante
• Problemas de transbordamento do refrigerante
• Ácidos e/ou borra no sistema
• Uma válvula de expansão termostática mal instalada, o que resulta em ausência de superaquecimento ou superaquecimento muito elevado
• Uma carga de refrigerante abaixo do recomendado (alto superaquecimento)
• Superaquecimento do compressor
• Escoamentos do tipo slug (golfada) do refrigerante e/ou do óleo
• Umidade e calor causando acúmulo de borra

Imagine uma situação de manutenção em que as válvulas de um compressor do sistema de refrigeração não estão fechando de modo apropriado. O técnico mede as temperaturas e pressões do sistema e então calcula o split (diferença entre a temperatura ambiente e a do condensador) e o sub-resfriamento do condensador, além dos valores de superaquecimento do compressor e do evaporador. Ambos os valores medidos e calculados seguem abaixo:

Valores medidos

• Temperatura de descarga do compressor: 280 ºF (138 ºC)
• Temperatura de saída do condensador: 75 °F (24 ºC)
• Temperatura de saída do evaporador: 25 °F (-4 ºC)
• Temperatura de entrada do compressor: 55 °F (13 ºC)
• Temperatura do espaço refrigerado: 25 ºF (-4 ºC)
• Amperagem do compressor: baixa
• Pressão de baixa: 11.6 psig/10 °F
• Pressão de alta: 95.0 psig/85 °F
• Temperatura ambiente: 80 ºF (26,5 ºC)

Valores calculados

• Temperatura split do condensador: 5 ºF (-15 ºC)
• Sub-resfriamento do condensador: 10 ºF (-12 ºC)
• Superaquecimento do evaporador: 15 ºF (-9,5 ºC)
• Superaquecimento no compressor (total): 45 ºF (7 ºC)

Sintomas

• Temperaturas de descarga acima do normal
• Baixas temperaturas e pressões de condensação (cabeçote)
• Sub-resfriamento normal ou elevado
• Superaquecimentos normais ou elevados
• Pressões do evaporador elevadas (sucção)
• Baixa amperagem

Ao analisarmos o sistema no exemplo dado, é importante entender como as temperaturas de descarga superiores ao normal afetam os lubrificantes. A temperatura de descarga é medida a 2 polegadas (5 cm) de distância do compressor. Isso significaria que a temperatura real da válvula de descarga seria de aproximadamente 162 °C (138 °C + 24 °C), visto que a adição de 24 ºC à leitura da temperatura da linha de descarga proporcionará ao técnico uma temperatura aproximada da válvula de descarga.

Os lubrificantes de óleo mineral começam a se decompor a 350 ºF (176 °C) e lubrificantes de poliol éster (POE), a 400 °F (204 ºC). Qualquer aumento de temperatura acima destes pontos provoca uma polimerização de óleo. É na polimerização que as moléculas do lubrificante começam a se combinar em moléculas maiores. O produto final é o óleo grosso e escuro; depois, a borra; e, finalmente, um pó sólido.

Esse processo é conhecido como degradação do lubrificante. A borra de óleo e outros subprodutos de sua decomposição também podem se prender a superfícies internas, inclusive válvulas de sucção e descarga, além de placas de válvulas.

Uma válvula de descarga que não esteja posicionada adequadamente porque foi danificada ou acumulou borra fará com que a pressão na linha de líquido seja baixa. A razão é que o vapor de refrigerante será forçado a sair do cilindro para dentro da linha de descarga durante o movimento ascendente do compressor. No movimento descendente, este mesmo refrigerante que está comprimido na linha de descarga será sugado de volta para o cilindro porque a válvula de descarga não está encaixada corretamente.

Este ciclo curto de refrigerante causará o aquecimento dos gases de descarga repetidamente e causará temperaturas de descarga superiores às normais. Porém, se o problema da válvula progrediu para o ponto onde quase não há fluxo de refrigerante através do sistema, haverá uma temperatura de descarga mais baixa a partir da taxa de fluxo extremamente reduzida.

Pressões de condensação baixas (cabeçote)

Uma vez que as válvulas do compressor começam a vazar e alguns gases de descarga estão sendo encaminhados para dentro e para fora do cilindro do compressor, haverá um baixo fluxo de refrigerante através do condensador. Isso vai resultar em uma redução na carga de rejeição de calor no condensador e nas pressões e temperaturas de condensação (cabeçote).

Sub-resfriamento de condensador normal ou alto

Haverá um fluxo de refrigerante reduzido através do condensador e, portanto, através de todo o sistema, devido ao fato de componentes do sistema estarem em série. A maior parte do refrigerante estará no condensador e no receptor. Isso pode dar ao condensador um sub-resfriamento um pouco maior.

Superaquecimento entre o nível normal ou elevado

Devido ao fluxo reduzido de refrigerante através do sistema, a válvula de expansão termostática (TXV) pode não receber a taxa de fluxo de refrigerante que necessita. O resultado pode ser superaquecimentos elevados; no entanto, os superaquecimentos podem ser normais se o problema da válvula não for severo.

Pressão de evaporação elevada (sucção)

O vapor de refrigerante será retirado da linha de sucção para dentro do cilindro do compressor durante o movimento descendente do compressor. No entanto, durante o movimento ascendente, este mesmo refrigerante pode voltar a entrar na linha de sucção porque a válvula de sucção não está corretamente instalada devido à borra de óleo ou outros subprodutos da degradação de óleo que aderem à sua superfície. Os resultados são altas pressões de sucção. As válvulas de sucção ou de descarga também podem ficar entortadas por causa de um problema de superaquecimento do compressor.

Baixa carga de amperagem

É causada pelo fluxo reduzido de refrigerante através do compressor. Durante o ciclo de compressão, parte do refrigerante irá escorrer através da válvula de sucção e voltar para a linha de sucção, o que reduz o fluxo de fluído refrigerante. Durante o ciclo de sucção, parte do refrigerante irá escorrer através da válvula de descarga por não estar encaixado adequadamente e voltará ao cilindro do compressor. Em ambas as situações, há uma taxa de fluxo de refrigerante reduzida, o que diminui a carga de amperagem.

Anéis do compressor desgastados

Quando os anéis do compressor estão gastos, os gases de descarga do lado superior irão passar por eles durante o ciclo de compressão e darão ao sistema uma pressão mais baixa na linha de líquido. Como os gases de descarga vazaram através dos anéis e entraram no cárter, a pressão de sucção também será maior do que o normal. O sintoma resultante será uma pressão na linha de líquido mais baixa com uma maior pressão de sucção. Os sintomas apresentados em anéis gastos são muito semelhantes às válvulas com vazamento.

Separador de óleo com vazamento

Quando o nível de óleo no separador é alto o suficiente para levantar a boia, uma agulha de retorno de óleo é aberta, e o óleo retorna ao cárter do compressor através de uma pequena linha de retorno.

A diferença de pressão entre as partes alta e baixa do sistema de refrigeração é a força motriz para fazer o óleo viajar do separador de óleo para o cárter do compressor. O separador de óleo está no lado alto do sistema e o cárter do compressor no lado baixo. A válvula de agulha de retorno de óleo operada por boia está localizada em uma altura elevada o suficiente no reservatório de óleo para permitir que o óleo limpo retorne automaticamente ao cárter do compressor. É necessária apenas uma pequena quantidade de óleo para acionar o mecanismo flutuante, o que garante que apenas uma pequena quantidade de óleo esteja sempre ausente do cárter do compressor em qualquer momento.

Quando o nível de óleo no cárter do separador de óleo cai para um certo nível, a boia força a válvula da agulha a fechar. Quando o mecanismo flutuador de um separador de óleo fica ruim, pode acabar desviando o gás de descarga quente diretamente no cárter do compressor. A válvula de agulha também pode ficar presa parcialmente por causa de sujeira no óleo. Isso causará entrada direta de alta pressão no cárter do compressor.

Fabricantes buscam a máxima eficiência

O compressor é a parte mais básica e crucial de um sistema de refrigeração. Sua principal função é succionar o fluido refrigerante a baixa pressão e comprimi-lo em direção ao condensador a alta pressão e temperatura na fase gasosa. É por isso que a performance de um sistema de refrigeração depende do desempenho do compressor.

Estes equipamentos são utilizados numa grande quantidade de aplicações, como refrigeração doméstica, refrigeração comercial e em sistemas frigoríficos utilizados na indústria de transporte.

O principal uso dos compressores está no processo de preservação de alimentos, mas eles também são largamente utilizados em sistemas de conforto térmico, na indústria química, entre outros setores.

Com a evolução da tecnologia, os refrigeradores domésticos estão ficando mais baratos. Este é um dos motivos que levarão o mercado global de compressores a registrar uma taxa de crescimento anual composta de 5% entre 2017 e 2021.

Com o aumento do consumo de alimentos processados e congelados em todo o mundo, espera-se que a indústria de compressores cresça a um ritmo acelerado.

Nos últimos anos, o varejo global vem crescendo rapidamente. Muitos grandes players do setor varejista estão se expandindo em vários países, especialmente nas economias emergentes.

Enfim, o que se vê é um aumento do número de supermercados e hipermercados que requerem grandes sistemas de refrigeração. Esta tendência também é responsável pelo crescimento do mercado global de compressores.

Com a demanda por alimentos congelados, embalados etc. aumentando rapidamente, o mercado de compressores aplicados em sistemas de transporte está experimentando um rápido crescimento.

A indústria farmacêutica também precisa de sistemas de refrigeração altamente avançados para o processo de resfriamento de certas matérias-primas, produtos acabados e semiacabados. Isso, obviamente, alavanca o setor.

Atualmente, um grande número de fabricantes de compressores se concentra em pesquisar e desenvolver novas tecnologias com níveis cada vez mais aprimorados de eficiência.

“Todas as redes de supermercados, das grandes às pequenas, têm dado uma atenção especial ao consumo de energia elétrica”, lembra Rodolfo Cereghino, diretor de pesquisa e inovação da Embraco.

Sediada em Joinville, a indústria de compressores investe de 3% a 4% de sua receita líquida em pesquisa e desenvolvimento, independentemente do cenário econômico.

Além de ser pioneira na utilização de fluidos refrigerantes naturais, a empresa detém 1,7 mil patentes. Por isso, ela está entre as empresas privadas com maior número de patentes depositadas vigentes no Brasil e nos Estados Unidos.

Segundo o gerente de desenvolvimento de negócios da Danfoss, Gustavo Asquino, a busca e a necessidade por equipamentos mais eficientes tornam os compressores com tecnologia inverter e válvula intermediária de descarga (IDV) uma tendência.

“Quando falamos de equipamentos inverter, o mercado de ar condicionado está um passo à frente. Agora é o mercado de refrigeração que vem avançando fortemente neste caminho à procura de soluções de eficiência energética para as lojas”, analisa.

“Ainda que timidamente, as legislações internacionais com relação à eficiência energética e ao aquecimento global vêm influenciando o Brasil. Por isso, cada vez mais teremos equipamentos aprovados para novos fluidos refrigerantes”, acrescenta.

Quem também investe fortemente em novas tecnologias é a Elgin. “O objetivo é atender as necessidades do mercado, visando o melhor desempenho com a qualidade e melhor eficiência enérgica”, enfatiza o supervisor de engenharia de aplicação da empresa, Alexandre Rosa da Costa.