Sistemas com degelo a gás quente precisam usar compressores projetados para este tipo de operação
Este artigo apresenta os fenômenos que ocorrem durante o degelo a gás quente (Hot Gas Defrost) e os requisitos para o projeto do compressor. Esta descrição é importante para entender que compressores projetados para operação em gás quente possuem características especiais e maior robustez de componentes para suportar tal condição. Desta forma, ao selecionar um compressor para aplicações com esse sistema de degelo, sempre verifique se o modelo do compressor foi projetado considerando tais condições.
Nos aparelhos de refrigeração convencionais, o evaporador é o componente responsável por resfriar o ar do gabinete. Durante o processo, a umidade do ar, que condensa na superfície do evaporador, pode eventualmente congelar, reduzindo a eficiência de troca de calor. Em outros aparelhos, como máquinas de gelo, durante o período de resfriamento, o evaporador precisa estar em contato direto com a água para produzir os cubos de gelo. Em ambos os casos, o gelo deve ser removido da superfície do evaporador, seja para melhorar sua eficiência ou para coleta de cubos de gelo.
O método de degelo por gás quente é o comumente utilizado em aparelhos comerciais, como máquinas de gelo, freezers comerciais, unidades seladas e em alguns equipamentos médicos. Este método utiliza o gás da descarga do compressor, que está em alta temperatura e pressão, para derreter o gelo. O principal benefício do degelo por gás quente é derreter o gelo da superfície do evaporador para fora de forma rápida, com menor irradiação de calor para o gabinete. Para possibilitar este método, um desvio é adicionado (chamado de linha de gás quente, desvio de gás quente ou bypass de gás quente), para criar um atalho entre a descarga do compressor e a entrada do evaporador.
Durante o período de resfriamento, obypassde gás quente é desenergizado (válvula fechada) e a operação do sistema é semelhante a um circuito de resfriamento padrão. Para realizar o degelo, o bypass é energizado para que a válvula, em geral do tipo solenoide, abra. A operação pode ocorrer com o compressor funcionando ou desligado, dependendo da configuração do aparelho. Depois que a válvula é aberta, a maior parte do gás de descarga do compressor, que está em alta temperatura e pressão,
fluirá pelobypass de gás quente, devido à menor restrição em comparação ao escoamento pelo condensador e dispositivo de expansão (tubo capilar ou válvula de expansão).
Da linha de gás quente, ele flui para o evaporador onde condensa e rejeita calor para a tubulação do evaporador, realizando o degelo. Durante quase todo o período do degelo por gás quente, a condição de saída do evaporador será uma mistura de refrigerante líquido e vapor. Finalmente, a mistura de gás-líquido refrigerante é empurrada do evaporador para o compressor e aquecida por seus componentes. Durante este ciclo, o refrigerante continua a circular na seguinte sequência: compressor, bypass de gás quente, evaporador e compressor. Em um dado momento, o degelo por gás quente é encerrado por um sensor de temperatura ou outro meio e a válvula solenoide é fechada. Antes que o ciclo de resfriamento seja iniciado novamente, pode ser aplicado um tempo de gotejamento da água de degelo.
O refrigerante líquido, que retorna ao compressor, será misturado com o óleo do compressor, que reduzirá suas propriedades lubrificantes. Enquanto é bombeado através dos mancais, a pressão do óleo é reduzida e a mistura é aquecida por superfícies quentes e fricção, que promovem a evaporação do refrigerante líquido, resultando em um fluxo bifásico que pode levar à cavitação nos mancais. A cavitação reduzirá a capacidade de carga dos mancais, o que pode levar ao desgaste. Portanto, os compressores aprovados para degelo a gás quente possuem requisitos especiais para os mancais. A quantidade de óleo, viscosidade e capacidade de carga dos mancais são algumas das variáveis de projeto que visam garantir uma operação robusta durante o degelo a gás quente .
Design do sistema de refrigeração
Além do projeto do próprio compressor, o projeto do refrigerador também pode contribuir para a robustez durante a operação durante degelo a gás quente . Isso requer um projeto que minimize o retorno do líquido ao compressor. Os componentes que mais influenciam são o separador líquido-vapor, a carga de refrigerante, o acumulador, o comprimento e a orientação do tubo de sucção, o evaporador, a restrição de fluxo de bypass de gás quente e o algoritmo de controle da válvula solenoide e compressor.
TRATAMENTO DA ÁGUA
Preencha o circuito fechado com água (ou brine
(salmoura)) e com um inibidor resistente à corrosão
apropriado para a água da área. Consulte o especialista
de tratamento de água local quanto às características
da água do sistema e sobre o inibidor recomendado
para o circuito de líquido dos trocadores.
Água não tratada ou tratada incorretamente pode resultar
em corrosão, crostas, erosão ou algas. Os serviços de um
especialista qualifi cado em tratamento de água devem ser
contratados para desenvolver e monitorar um programa
de tratamento.
OBSERVAÇÃO: Não utilize anticongelante de automóvel
ou qualquer outro tipo de líquido que não seja aprovado
para o trocador de calor. Utilize somente glicóis
devidamente inibidos, concentrados para fornecer uma
proteção adequada para a temperatura considerada.
PRESSURIZAÇÃO DO SISTEMA
Uma pressão inicial adequada deve ser estabelecida
antes do preenchimento da unidade. A pressão de
inicial deve ser aplicada no ponto de carregamento para
preencher um sistema até o seu ponto mais alto, mais
uma pressão mínima no topo do sistema (mínimo de
27,6 kPa [4 psig]) para operar ventis de ar e de forma
positiva pressurizar o sistema. O tanque de expansão
é muito importante para a pressurização do sistema. O
tanque de expansão serve para muitas fi nalidades:
1. Prover NPSHR (Net Positive Suction Head Required)
para a bomba para operar de forma satisfatória.
2. Defi nir a pressão do sistema.
3. Acomodar a expansão/contração da água devido a
alterações de temperatura.
4. Atuar como uma referência de pressão para a bomba.
O tanque de expansão deve ser defi nido ANTES que
o sistema seja preenchido. Siga a recomendação do
fabricante nas instruções sobre como confi gurar a pressão
no tanque de expansão.
Uma vez que o sistema é pressurizado, a pressão
no ponto de conexão do tanque de expansão para a
tubulação de água não irá alterar a menos que o volume
do laço de água se altere (devido à adição/subtração de
água ou expansão/contração da temperatura). A pressão
neste ponto permanece a mesma apesar disso, ou ainda
quando a bomba não está funcionando.
Visto que o tanque de expansão atua como um ponto de
referência para a bomba, não pode haver dois pontos de
referência (dois tanques expansão) em um sistema, ao
menos interligados em comum.
Onde dois ou mais chillers 30XA com kit hidrônico são
instalados em paralelo, não deve haver mais do que um
tanque de expansão no sistema, a menos que interligados
em comum como visto na Fig. 20. É permitido instalar o(s)
tanque(s) de expansão em uma parte da linha da água
de retorno que é comum para todas as bombas, de modo
que o tanque seja dimensionado de forma adequada para
o volume do sistema combinado.
Se a aplicação envolve dois ou mais chillers em um
sistema secundário-primário, um lugar comum para
montar o tanque de expansão é na linha de retorno da
água gelada, somente antes do desacoplador. Veja a Fig.
20 para colocação do tanque de expansão em sistemas
secundário primário.
Se um tanque de expansão de diafragma é utilizado
(um diafragma fl exível separa a interface água/ar) não é
recomendado ter qualquer ar no circuito fechado (loop) de
água. Veja a seção sobre separação de ar para instruções
sobre fornecimento do equipamento de separação de ar.
PREENCHENDO O SISTEMA
O
preenchimento inicial do sistema de água gelada deve
atingir três objetivos:
1. O sistema de tubulação completo deve ser preenchido
com água.
2. A pressão no topo do sistema deve ser alta o sufi ciente
para o ar de ventil do sistema (normalmente 27.6 kPa
[4 psig] é adequado para mais ventis).
3. A pressão em todos os pontos no sistema deve ser alta
o sufi ciente para prevenir borbulhamento (fl ashing) na
tubulação ou cavitação na bomba.
A pressão criada por uma bomba em operação afeta a
pressão do sistema em todos os pontos exceto um - a
conexão do tanque de expansão para o sistema. Isto é
apenas o local no sistema onde a operação da bomba
não dará indicações de pressão incorreta durante o
preenchimento. Portanto, o melhor local para instalar
a conexão de preenchimento é perto do tanque de
expansão. Um ventil de ar deve ser instalado próximo para
ajudar a eliminar o ar que entra durante o procedimento
de preenchimento.
Ao preencher o sistema, assegure o seguinte:
1. Remova a tubulação de bypass temporária e o
equipamento de limpeza/lavagem.
2. Verifi que se todos os plugues de dreno estão
instalados.
Geralmente, um sistema fechado precisa ser preenchido
uma única vez. O processo de preenchimento real é um
procedimento razoavelmente simples. Todo o ar deve
ser purgado ou ventilado a partir do sistema. Ventilação
completa em todos os pontos e a circulação na temperatura
da sala por várias horas é altamente recomendada.
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DEFINA A VAZÃO DE ÁGUA
Uma vez que o sistema é limpo, pressurizado e
preenchido, a vazão através do chiller precisa ser
estabelecida. Nas unidades com o pacote hidrônico,
isso pode ser acompanhado utilizando a válvula de
balanceamento. Siga as recomendações do fabricante
para confi gurar a válvula de balanceamento. Os códigos
locais podem restringir a quantidade de água utilizando a
válvula de balanceamento para um determinado cavalopotência do motor. Neste caso, utilize o método listado
na seção Modifi cação/Diminuição da Bomba.
OBSERVAÇÃO: A Carrier recomenda um manômetro
diferencial de pressão quando medir pressões entre as
bombas ou válvulas de balanceamento. Isto fornece
grande precisão e reduz o erro construído que ocorre
com frequência ao subtrair as pressões feitas por
manômetros diferentes.
Um cálculo aproximado de vazão de água também pode
ser obtido a partir dos medidores de pressão do trocador
de calor 30XA.
O Manual de Serviço inclui gráfi cos que mostram o
relacionamento entre vazão e queda da pressão do
trocador de calor. Deve ser observado que estas curvas
são para água tratada e trocadores de calor “limpos”;
não se aplicam aos trocadores de calor com sujeira.
Para ler o gráfi co, subtraia as leituras dos manômetros.
Certifi que-se de utilizar o gráfi co correto para a opção
de evaporador. Este número é a queda de pressão
que passa pelo trocador de calor. Ajuste a válvula de
balanceamento externa até que a queda de pressão
correta seja obtida para a vazão requerida.
PROTEÇÃO CONTRA CONGELAMENTO
As unidades 30XA são equipadas com uma chave de
fl uxo para proteção contra situações de congelamento
que ocorrem sem fl uxo de água. Enquanto a chave de
fl uxo é de grande auxílio na prevenção de congelamento
durante situações sem fl uxo, ela não protege o chiller no
caso de falha de energia durante temperaturas ambientes
subcongelantes, ou em outros casos onde a temperatura
da água cai abaixo da marca de congelamento.
Concentrações apropriadas de propileno ou etileno
glicol inibido ou outra solução inibida anticongelante
adequada devem ser consideradas para a proteção
do chiller onde se espera que temperaturas ambientes
caiam abaixo de 0°C (32°F). Consulte o especialista de
tratamento de água local quanto às características da
água do sistema e adicionar um inibidor recomendado
para a água gelada. A garantia da Carrier não cobre
danos devido a congelamento.
Se a bomba estará sujeita a temperaturas de
congelamento, algumas etapas devem ser realizadas
para evitar danos por congelamento. Se a bomba não
será utilizada durante este tempo, é recomendado drenar
a bomba e o pacote hidrônico e esses componentes são
lavados com glicol inibido. De outra forma, uma solução
de glicol e água deve ser considerada como um líquido
de transferência de calor. As unidades tem um plugue de
drenagem montado na parte inferior da tampa fundida do
evaporador em cada extremidade do evaporador, ou na
parte inferior do casco.
OBSERVAÇÃO: Não utilize anticongelante de automóvel
ou qualquer outro tipo de líquido que não seja aprovado
para o trocador de calor. Utilize somente glicóis
devidamente inibidos, concentrados para fornecer uma
proteção adequada para a temperatura considerada.
Utilize um aquecedor elétrico tipo fita para a tubulação
externa, caso a unidade for exposta a temperaturas de
congelamento.
Garante que energia esteja disponível para o chiller em
todos os momentos, até mesmo durante a baixa estação,
para que a bomba e os aquecedores do evaporador
tenham energia. Certifi que-se também que as fi tas de
aquecimento de tubulação tenham energia. A garantia da
Carrier não cobre danos devido a congelamento.
PREPARAÇÃO PARA DESLIGAMENTO DE INVERNO
Se a unidade não permanecer operacional durante os
meses de inverno, ao fi m da estação fria complete as
seguintes etapas.
1. A drenagem do líquido do sistema é altamente
recomendada. Se o evaporador não será drenado, não
desligue o disjuntor de energia durante o desligamento
de baixa estação.
2. Isole o evaporador do resto do sistema com válvulas
de bloqueio de água.
3. Substitua o bujão do dreno e preencha completamente
o evaporador com uma mistura de água e solução
anticongelamento e anticorrosão inibida adequada,
como propilenoglicol.
A concentração deve ser adequada para fornecer
proteção contra congelamento para 8,3°C (15°F)
abaixo do esperado em condições de baixa temperatura
ambiente. Anticongelante pode ser adicionado através
do ventil no topo da tampa fundida do evaporador para
unidades inundadas.
4. Deixe o evaporador preenchido com solução
anticongelante durante o inverno, ou drene se desejar.
Utilize um método aprovado de descarte ao remover a
solução anticongelante.
No início da próxima temporada de refrigeração, certifi quese que existe pressão refrigerante em cada circuito antes
de preencher novamente o evaporador, adicione um inibidor
recomendado e restaure a energia.
Para a manutenção da garantia do equipamento,
todas as bombas de água gelada e de condensação
(unidades condensação a água)da unidade devem
ser acionadas pelo controle do chiller, evitando
danos severos ao evaporador.
Consultar o Catálogo de Produto ou programa de
seleção para certifi car-se das condições de operação
recomendadas.
Consulte o diagrama elétrico especifi co para maiores
informações sobre interligações de campo de sua
unidade.
IMPORTANTE
O Cliente/instalador deve assegurar que a bomba
irá partir quando solicitada pelo controle do chiller.
Além do controle de relé/contatora das bombas,
deve ser providenciado interligação de contato de
confi rmação de operação da bomba e chave de fl uxo
de água (quando unidade não tiver), sem o qual o
equipamento não será habilitado para partir.
IMPORTANTE
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Choque elétrico pode causar ferimentos corporais
e morte. Desligue completamente a energia deste
equipamento durante a instalação. Pode haver mais
de um interruptor de desconexão. Coloque etiquetas
em todos os locais de desconexão para alertar outros
para não restaurarem a energia até que o trabalho
esteja concluído.
AVISO
Todas as máquinas terão 2 entradas de força (uma
para cada circuito, a serem conectadas nas portas
providas pelo cliente).
NOTA Os condutores e o fi o dreno devem ser, no mínimo,
de cobre estanhado, 20 AWG (medida americana
de fi os). Os condutores individuais devem ser
isolados com PVC, PVC / nylon, vinil, Tefl on ou
polietileno. São exigidos um protetor da folha de
100% de alumínio/poliéster e um revestimento
externo de PVC, PVC/nylon, vinil de cromo, ou
de Tefl on com uma faixa mínima de temperatura
operacional de -20°C (-4°F) a 60°C (140°F). Veja
a Tabela abaixo para uma lista de fabricantes
que produzem a fi ação do barramento CCN que
atendam a estas exigências.
NOTA
Etapa 5 – Conexões Elétricas
Não utilize os intertravamentos ou outros contatos
do dispositivo de segurança entre os terminais de
acionamento remoto (ON-OFF).
A conexão dos dispositivos de segurança ou de
outros intertravamentos entre estes 2 terminais
resultará em um bypass elétrico se a chave de
contato da ATIVAÇÃO REMOTA DE OFF estiver na
posição HABILITADA. Se o controle remoto on-off da
unidade for necessário, um relé fornecido em campo
deve ser instalado e devidamente e conectado na
caixa de controle da unidade. Não conectar o onoff remoto conforme recomendado pode resultar em
danos por congelamento do tubo.
CUIDADO
ALIMENTAÇÃO DO CONTROLE
A alimentação do controle é obtida da alimentação elétrica
da rede e NÃO exige uma fonte separada. Um disjuntor
permite que o circuito de controle seja desconectado
manualmente quando necessário.
As unidades 30XA possuem uma chave que pode comutar
a alimentação de controle através do circuito A ou B.
A unidade possui contatos na placa principal para a
instalação em campo do intertravamento da bomba de
água gelada (fl uido) (CWPI). O sensor de vazão (CWFS)
de água gelada é instalado em fábrica. Os contatos devem
ser classifi cados para aplicações capazes de suportar
uma carga de 24Vac a 50mA.
Uma chave remota on-off pode ser ligada aos contatos
disponíveis na placa principal.
A unidade possui contatos na placa principal para
acionamento da bomba de água gelada (PMP1 e PMP2),
bem como para o retorno das mesmas.
Para maiores detalhes veja os Diagramas Elétricos
correspondentes a unidade utilizada.
ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA
As características elétricas de alimentação disponível
devem estar de acordo com a indicada na placa de
identifi cação da unidade. A tensão fornecida deve
estar dentro dos limites mostrados. Algumas unidades
possuem opções para conexões de força múltiplas. Veja
nas Tabelas 4 - Dados Elétricos Gerais e nos diagramas
elétricos as exigências e informações sobre as conexões
elétricas.
A instalação elétrica da unidade deve estar rigorosamente
de acordo com a Norma Brasileira ABNT NBR 5410 -
Instalações Elétricas de Baixas Tensões.
A Carrier NÃO recomenda a operação do
equipamento em tensão de alimentação imprópria
ou com um desbalanceamento de fase excessivo;
a utilização fora dos parâmetros especifi cados
poderá acarretar em perda das condições de
garantia deste equipamento.
IMPORTANTE
FIAÇÃO DO BARRAMENTO DA COMUNICAÇÃO
CARRIER COMFORT NETWORK®
A fiação do barramento de comunicação é um cabo
blindado de 3 condutores, com fio dreno, fornecido e
instalado em campo.
Os elementos do sistema são conectados ao barramento
de comunicação em uma disposição paralela. O pino
positivo de cada conector de comunicação do elemento
do sistema deve ser conectado aos pinos positives dos
elementos do sistema em cada um dos seus lados. Isto
também é necessário para os pinos negativos do terra
do sinal de cada elemento do sistema. As conexões da
fi ação para a CCN (Carrier Comfort Network) devem ser
feitas no TB (bloco de terminais) 3. Consulte o Manual do
Contratante do CCN para mais informações.
Fiação do Barramento de Comunicação CCN
FABRICANTE
NÚMERO DA PEÇA
Fiação Normal Fiação Plenum
Alpha 1895 —
American A21451 A48301
Belden 8205 884421
Columbia D6451 —
Manhatten M13402 M64430
Quabik 6130 —
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Durante o período de resfriamento, o bypass de gás quente é desenergizado (válvula fechada) e a operação do sistema é semelhante a um circuito de resfriamento padrão. Para realizar o degelo, o bypass é energizado para que a válvula, em geral do tipo solenoide, abra. A operação pode ocorrer com o compressor funcionando ou desligado, dependendo da configuração do aparelho. Depois que a válvula é aberta, a maior parte do gás de descarga do compressor, que está em alta temperatura e pressão,
