Os principais motivos para o superaquecimento da temperatura de exaustão do compressor são os seguintes: alta temperatura do ar de retorno, grande capacidade de aquecimento do motor, alta taxa de compressão, alta pressão de condensação e seleção inadequada do fluido refrigerante.
1. Temperatura do ar de retorno
A temperatura do ar de retorno é relativa à temperatura de evaporação. Para evitar o refluxo do líquido, as tubulações de ar de retorno geralmente requerem um superaquecimento do ar de retorno de 20 °C. Se a tubulação de ar de retorno não estiver bem isolada, o superaquecimento excederá em muito os 20 °C.
Quanto maior a temperatura do ar de retorno, maiores serão as temperaturas de admissão e escape do cilindro. Para cada aumento de 1°C na temperatura do ar de retorno, a temperatura de escape também aumentará.
2. Aquecimento do motor
Nos compressores de resfriamento por ar de retorno, o vapor refrigerante é aquecido pelo motor ao fluir pela cavidade do motor, e a temperatura de sucção do cilindro aumenta novamente.
O calor gerado pelo motor é afetado pela potência e eficiência, enquanto o consumo de energia está intimamente relacionado à cilindrada, eficiência volumétrica, condições de trabalho, resistência ao atrito, etc.
Em compressores semi-herméticos com resfriamento por ar de retorno, o aumento de temperatura do fluido refrigerante na cavidade do motor varia de 15°C a 45°C. Em compressores refrigerados a ar, o sistema de refrigeração não passa por enrolamentos, portanto não há problema de aquecimento do motor.
3. A taxa de compressão é muito alta.
A temperatura dos gases de escape é fortemente influenciada pela taxa de compressão. Quanto maior a taxa de compressão, maior a temperatura dos gases de escape. Reduzir a taxa de compressão pode diminuir significativamente a temperatura dos gases de escape, aumentando a pressão de admissão e reduzindo a pressão de escape.
A pressão de sucção é determinada pela pressão de evaporação e pela resistência da linha de sucção. Aumentar a temperatura de evaporação pode aumentar efetivamente a pressão de sucção, reduzir rapidamente a taxa de compressão e, consequentemente, diminuir a temperatura dos gases de escape.
A prática demonstra que reduzir a temperatura dos gases de escape aumentando a pressão de sucção é mais simples e eficaz do que outros métodos.
A principal causa da pressão excessiva nos gases de escape é a pressão de condensação muito alta. Área de resfriamento insuficiente no condensador, acúmulo de incrustações, volume insuficiente de ar ou água de resfriamento, temperatura excessiva da água ou do ar de resfriamento, entre outros fatores, podem levar a uma pressão de condensação excessiva. É crucial selecionar a área de condensação adequada e manter um fluxo suficiente do fluido de resfriamento.
Os compressores de alta temperatura e de ar condicionado são projetados para operar com uma baixa taxa de compressão. Após serem utilizados para refrigeração, a taxa de compressão aumenta exponencialmente, a temperatura de exaustão fica muito alta e o resfriamento não consegue acompanhar, causando superaquecimento. Portanto, evite utilizar o compressor além de sua capacidade e opere-o abaixo da taxa de compressão mínima possível. Em alguns sistemas criogênicos, o superaquecimento é a principal causa de falha do compressor.
4. Antiexpansão e mistura de gases
Após o início do curso de sucção, o gás de alta pressão aprisionado na folga do cilindro sofrerá um processo de desexpansão. Após a desexpansão, a pressão do gás retorna à pressão de sucção, e a energia consumida para comprimir essa parte do gás é dissipada durante a desexpansão. Quanto menor a folga, menor o consumo de energia causado pela contra-expansão, por um lado, e maior o volume de sucção, por outro, aumentando consideravelmente a eficiência energética do compressor.
Durante o processo de desexpansão, o gás entra em contato com as superfícies de alta temperatura da placa da válvula, do topo do pistão e do topo do cilindro para absorver calor, de modo que a temperatura do gás não caia para a temperatura de sucção no final da desexpansão.
Após a contra-expansão, inicia-se o processo de inalação. Ao entrar no cilindro, o gás se mistura com o gás de contra-expansão, elevando sua temperatura; além disso, a mistura absorve calor da superfície da parede, aquecendo-se também. Portanto, a temperatura do gás no início do processo de compressão é superior à temperatura de aspiração. Contudo, como os processos de desexpansão e de aspiração são muito curtos, o aumento real da temperatura é bastante limitado, geralmente inferior a 5 °C.
A contra-expansão é causada pela folga do cilindro e é uma deficiência inevitável dos compressores de pistão tradicionais. Se o gás no orifício de ventilação da placa da válvula não puder ser descarregado, ocorrerá expansão reversa.
5. Elevação da temperatura de compressão e tipo de refrigerante
Diferentes refrigerantes possuem diferentes propriedades termofísicas, e a temperatura dos gases de escape aumentará de forma diferente após passarem pelo mesmo processo de compressão. Portanto, para diferentes temperaturas de refrigeração, diferentes refrigerantes devem ser selecionados.
6. Conclusões e sugestões
Quando o compressor estiver operando normalmente dentro da faixa de uso, não devem ocorrer fenômenos de superaquecimento, como alta temperatura do motor e alta temperatura do vapor de exaustão. O superaquecimento do compressor é um sinal importante de falha, indicando um problema sério no sistema de refrigeração ou que o compressor está sendo usado e mantido de forma inadequada.
Se a causa principal do superaquecimento do compressor estiver no sistema de refrigeração, o problema só poderá ser resolvido com melhorias no projeto e na manutenção desse sistema. A simples substituição do compressor não elimina o problema de superaquecimento de forma definitiva.
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Data da publicação: 13/03/2024