segunda-feira, 9 de agosto de 2010
CÂMARA FRIGORÍFICA
OTIMIZAÇÃO DE CÂMARA FRIGORÍFICA TERMELÉTRICA ACIONADA POR CÉLULAS SOLARES
MERCOFRIO 98 - Feira e Congresso de Ar Condicionado, Refrigeração, Aquecimento e Ventilação do Mercosul
Heronildes Q. Oliveira - UFES - Universidade Federal do Espírito Santo
Trata o presente trabalho da otimização de uma câmara frigorífica portátil termoelétrica, acionada por células solares. Tal câmara pode ser utilizada na
manutenção e transporte de pequena quantidade de produto a uma temperatura de aproximada-mente 10° C, tais como, remédios e vacinas à locais
remotos e bebidas e alimentos de uso pessoal. A câmara consiste basicamente de uma caixa isolada termicamente, um refrigerador termoelétrico fixado
lateralmente à caixa e um painel fotovoltaico usado como tampa da caixa ou separada da mesma. O refrigerador termoelétrico consiste de módulos
termoelétricos com trocadores de calor tipo placa plana aletada com convecção natural. A metodologia de otimização empregada foi o método da procura
(search method) auxiliada por simulação em microcomputador.O numero de tentativas é reduzido quando se otimiza o sistema para um dado painel
fotovoltaico. O sistema otimizado depende basicamente dos limites impostos às áreas dos trocadores de calor e a espessura do isolante térmico da
câmara. Limitando a área total dos trocadores de calor em 0.9 m2 e a espessura do isolante em 50 mm, obtivemos um sistema consistindo de uma
câmara com as dimensões de 350 mm (largura), 350 mm (profundidade) e 350 mm (altura), isolante com condutividade térmica de 0.023 w/m° C e
espessura de 50 mm, um painel fotovoltaico que produz 1.44 A e 16.7 V, um refrigerador termoelétrico com um módulo de 254 termopares e fator
geométrico de 0.064 cm e dois trocadores de calor, um com área de 0.39 m2 para a face fria e outro com 0.50 m2 para a face quente. O custo deste
sistema foi avaliado em US$ 336.00. Embora o procedimento desenvolvido tenha sido aplicado a sistemas com trocadores de calor com convecção
natural, ele pode ser aplicado com convecção forçada, o que resultará em obtenção de câmaras otimizadas com maiores dimensões. Também poderá ser
utilizado, com pequenas modificações, para otimizar uma câmara de dimensões dadas.
INTRODUÇÃO
Refrigeração termoelétrica
O processo de obtenção de temperaturas abaixo do ambiente é baseado no efeito Peltier. Um par termoelétrico ao ser percorrido por uma corrente
elétrica contínua, apresenta uma junção quente e uma junção fria.
Os pares termoelétricos utilizados em refrigeração são constituídos de um metal (Cobre) e um semicondutor (Telureto de Bismuto).
A quantidade de calor absorvida na junção fria de um par termoelétrico é entretanto muito pequena, de modo que para que se tenha uma capacidade de
refrigeração utilizável é necessário combinar vários pares termoelétricos formando um módulo termoelétrico.
Os módulos termoelétricos atuais são constituídos de:
1- vários pares termoelétricos ligados em série, sendo um de semicondutor tipo N e outro do tipo P alternadamente.
2- duas superfícies planas de material cerâmico, uma cobrindo as junções quente e outra as junções frias.
Quando submetido a uma fonte de corrente contínua, o modulo apresenta uma superfície quente e outra fria.
Um refrigerador termoelétrico é constituído de:
1- um ou mais módulos termoelétricos dispostos em série ou em paralelo.
2- trocadores de calor fixados às superfícies cerâmicas dos módulos para aumentar a capacidade de troca de calor dessas superfícies.
3- uma fonte de corrente continua.
A refrigeração termoelétrica possui as seguintes vantagens em relação a refrigeração mecânica:
1- vida útil longa
2- manutenção simples e de baixo custo
3- não polui
4- baixíssimo nível de ruído
5- pequeno peso
6- operação simples e de fácil controle
Suas principais desvantagens são:
1- alto custo inicial
2- custo operacional relativamente alto quando comparado com sistemas de mesma capacidade.
Refrigeração termoelétrica acionada por células solares
Para acionar o refrigerador termoelétrico podem ser usadas as seguintes fontes de corrente contínua:
1- baterias de acumulação elétrica
2- conversores de corrente alternada
3- painéis de células solares (painéis fotovoltaicos)
As baterias e os conversores utilizam energia elétrica convencional.
Os painéis fotovoltaicos convertem diretamente a energia solar em corrente contínua de baixa voltagem.
A utilização de células solares apresentam as seguintes vantagens:
1- reduz o custo operacional do refrigerador termoelétrico a zero ou a valores muito baixos.
2- as células solares à base de silício se beneficiam dos avanços tecnológicos e da queda dos custos da indústria eletrônica.
DESCRIÇÃO DA CÂMARA FRIGORÍFICA PORTÁTIL
Componentes
1- caixa formada com painéis de isolamento térmico. A parte superior da caixa deve ser do tipo tampa para permitir o acesso à parte interna da caixa.
2- refrigerador termoelétrico formado basicamente de:
- módulos termoelétricos
- dois trocadores de calor do tipo placa plana aletada, fixados a cada face dos módulos termoelétricos.
O refrigerador deve ser fixado a uma das faces laterais da caixa.
3- um painel fotovoltaico separado da câmara.
Limitações
1- os componentes deverão ser os disponíveis do mercado, exceto os trocadores de calor que poderão ser fabricados.
2- a câmara é do tipo portátil e usada para conservar produtos previamente resfriados.
3- Outras limitações ver seção 3.1.2.
Usos
1- transporte de remédios e vacinas para regiões remotas.
2- transporte de alimentos e bebidas para regiões recreativas.
OTIMIZAÇÃO DA CÂMARA FRIGORÍFICA PORTÁTIL
Formulação matemática da otimização
Função objetivo
A função objetivo é o custo total do sistema (CTS), dado por
CTS = CCA + CPF + CMT + CTC (1)
O custo de cada componente pode ser representado por:
CCA = f ( ACA, EIS, KIS, CIS ) (2)
CPF = f ( NPF, CPF1) (3)
CMT = f ( NM, NT, GT ) (4)
CTC = f ( ATC, CTC1, KTC) (5)
As variáveis das funções acima, são as variáveis otimizadoras da função objetivo.
O problema consiste em estabelecer os valores dessas variáveis que minimizam a função objetivo CTS, sujeita as funções
limitadoras descritas na próxima seção.
Funções limitadoras
São funções que limitam os valores das varáveis otimizadoras.
Funções limitadoras diretas: expressam valores limites das próprias variáveis otimizadoras, das variáveis operacionais, dos
parâmetros de desempenho e de projeto do sistema.
Funções limitadoras indiretas: expressam relações funcionais do desempenho de cada componente e dos balanços de massa
e energia do sistema.
Câmara frigorífica
Funções limitadoras diretas:
Para facilidade de acomodação e transporte
LC £ 100 cm WC £ 75 cm HC £ 50 cm
EIS £ 50 mm TR =10 °C TE = 35 °C
CIS =1 US$/m2/mm KIS = 0.023 W/m °C
Funções limitadoras indiretas:
Desempenho da câmara: (Ver seção 4.1)
- Capacidade de refrigeração requerida (QR ).
Módulos termoelétricos
Funções limitadoras diretas:
0 °C < TC < TR 60 °C > TH > TE
0.04 cm < GT < 2.0 cm
NT £ 254
NM £ 4
Funções limitadoras indiretas:
Desempenho do módulo termoelétrico: (Ver seção 4.3)
- Capacidade de refrigeração (QM)
- Voltagem requerida (VM)
- Corrente (IM)
- Coeficiente de desempenho (CP)
Desempenho do refrigerador termoelétrico:
IR = IM (arranjo em série )
IR = IM * NM (arranjo em paralelo)
VR = VM * NM (arranjo em série )
VR = VM (arranjo em paralelo)
WR = IR * VR
QE = QM * NM
Trocadores de calor
Funções limitadoras diretas:
- Peso total £ 1.0 Kg
- ATC £ 0.9 m2.
- KTC = 200 W/m°C (Alumínio)
- CTC1 = 10 US$/m2
Funções limitadoras indiretas:
Convecção natural
Desempenho dos trocadores de calor: (Ver seção 4.4)
- Capacidade de transferencia de calor (QTC ).
Painéis fotovoltáicos
Funções limitadoras diretas:
- NPF = 1
- RSP = 1000 W/m2
- CPF1 = 10 US$/W para WPMAX < 35 W
- CPF1 = 8 US$/W para WPMAX > 35 W
Funções limitadoras indiretas:
Desempenho do painel fotovoltáico: (Ver seção 4.2)
- Corrente (IP)
- Voltagem (VP)
Desempenho do sistema de painéis fotovoltáicos
IS = IP ( arranjo em série )
IS = IP * NPF (arranjo em paralelo)
VS = VP * NPF ( arranjo em série )
VS = VP (arranjo em paralelo)
WS = IS * VS.
Balanços de massa e energia do sistema
Neste caso somente balanço de energia.
Módulos termoelétricos:
QE QR
QH = QE + WR
Trocador de calor da face fria: QTC QE
Trocador de calor da face quente: QTC QH
Painéis fotovoltaicos: WS > WR
Métodos de otimização
De acordo com (Stoecker, 1989), os métodos de otimização utilizados em sistemas térmicos são:
1- Métodos de calculo diferencial: multiplicadores de La-grange.
2- Métodos de procura (search methods)
3- Programação dinâmica
4- Programação geométrica
5- Programação linear
Para sistemas em que os parâmetros de projeto dos componentes variam de forma discreta, como por exemplo, o tamanho dos
módulos termoelétricos e dos painéis fotovoltaicos, o método recomendado para otimizar sistemas que contenham tais
componentes, é o método da procura.
Otimização utilizando o método da procura
Procedimento com auxilio de simulação em computa-dor.
Este procedimento consiste basicamente em especificar cada componente do sistema e suas condições de operação, e
determinar o desempenho de cada componente através da simulação em computador, de modo que o sistema esteja em
equilíbrio. Para cada conjunto de especificações dos componentes, determina-se o custo do sistema. Repete-se o procedimento
até se obter o sistema de menor custo.
Este procedimento se torna impraticável quando os parâmetros a especificar tem elevada variabilidade, pois o numero de tentativas para se obter o custo
mínimo será enorme. Outro fator que eleva o numero de tentativas é a necessidade de se equilibrar o sistema.
Para reduzir o numero de tentativas do procedimento anterior quando aplicado ao problema em questão, observamos que:
1- O componente de maior custo é o painel fotovoltaico.
2- O componente de maior variabilidade de parâmetros a especificar é o modulo termoelétrico.
Portanto, o número de tentativas ficará bastante reduzido, se otimizarmos o sistema para um dado painel fotovoltaico operando
com potência máxima e módulos termoelétricos com coeficiente de performance máximo. O equilíbrio do sistema será
estabelecido dimensionando-se os trocadores de calor e a câmara para satisfazer o desempenho do refrigerador e as limitações impostas.
Descrição do procedimento:
1- Especificar sistema de painéis fotovoltaicos e condições de operação
1.1- Quantidade de painéis
1.2- Arranjo dos painéis
1.3- modelo do painel (catalogo do fabricante)
1.4- radiação solar sobre os painéis
1.5- temperatura do ambiente
2- Desempenho do sistema de painéis fotovoltaicos
2.1- Determinar corrente (IS) e voltagem (VS) para potência máxima.
3- Especificar o sistema de módulos termoelétricos e as condições de operação
3.1- Quantidade de módulos
3.2- Arranjo dos módulos
3.3- Temperatura da face fria
3.4- Temperatura da face quente
4- Seleção do modulo termoelétrico
4.1- Determinar a corrente (I M) e a voltagem (VM) em cada modulo a partir de (IS) e (VS).
4.2- Determinar o fator geométrico (GT) do modulo considerando corrente ótima Iopt = IM.
4.3- Selecionar (GT) do catálogo do fabricante.
4.4- Determinar número de termopares (NT) do modulo, para satisfazer VM.
4.5- Selecionar (NT) do catálogo do fabricante.
5- Desempenho do refrigerador termoelétrico.
5.1- Determinar voltagem requerida (V) para módulos selecionados e corrente I = IM.
5.2- Se V > VM , estabelecer V = VM e calcular corrente (I) no modulo.
5.3- Determinar a capacidade (QE) do refrigerador com os módulos selecionados e corrente (I).
5.4- Determinar a potência (WR) absorvida pelo refrigerador.
5.5- Determinar o calor rejeitado na face quente (QH).
6- Especificar limitações dos trocadores de calor da face fria e da face quente e as condições de operação.
6.1- Dimensões e emissividade da base (placa).
6.2- Resistência térmica entre a base e o modulo.
6.3- Eficiência das aletas.
6.4- Tipo de convecção nas superfícies.
7- Dimensionamento dos trocadores de calor
7.1- Determinar área do trocador da face fria para que sua capacidade QTC= QE.
7.2- Determinar área do trocador da face quente para que sua capacidade QTC= QH.
8- Especificar limitações da câmara e condições de operação.
8.1- Temperaturas interna e externa da câmara
8.2- Dimensões externas da câmara
8.3- Condutividade térmica do isolante
9- Dimensionamento da câmara
9.1- Determinar a espessura do isolante para equilibrar a carga térmica da câmara com a capacidade do refrigerador termo-elétrico (Q E).
10- Determinar o custo do sistema especificado.
11- Repetir todo o procedimento até obter o sistema de custo mínimo.
DESEMPENHO DOS COMPONENTES
Câmara frigorífica
O desempenho da câmara é avaliado pela capacidade de refrigeração necessária para manter as condições internas estabelecidas. Essa capacidade
depende da carga térmica imposta á câmara composta pelas seguintes cargas térmicas:
Carga térmica de transmissão. Condução de calor através das paredes da câmara.
Carga Térmica do Produto. Resfriamento/Congelamento do Produto.
Carga Térmica de Infiltração. Infiltração de ar Externo na câmara.
Carga Térmica Miscelânea. Ocupantes, Iluminação e Equipamentos dentro da câmara.
Limitaremos o estudo ao caso em que só existe a carga térmica de transmissão.
Carga de Transmissão :
QC = UCA ACA DTE (7)
1 / UCA = 1 / HO + 1 / HI + EIS / KIS (8)
ACA = 2 ( LC WC + LC HC + WC HC ) (9)
TE = TE – TR (10)
Capacidade de Refrigeração Requerida:
QR = QC (11)
Painéis fotovoltaicos.
O desempenho de um painel fotovoltaico é avaliado pela corrente (IP) e voltagem (VP) por ele produzido. No presente estudo, utilizamos como
desempenho, a corrente e a voltagem para potência máxima do painel . Os catálogos dos fabricantes fornecem os valores da corrente (IP) e voltagem
(VP) de um painel para potência máxima, nas condições de nível de insola-ção padrão ( 1000 W/m2 ), temperatura do ambiente (25 °C) e air mass igual
a 1.5.
Módulos termoelétricos.
O desempenho do módulo termoelétrico é avaliado por:
1- Calor bombeado na face fria (QM)
2- Voltagem que deve ser aplicada ao módulo (VM)
3- Coeficiente de desempenho (CP)
De (MELCOR, 1994), obtemos as seguintes expressões:
QM = 2 NT [ IM TC - IM / (2 GT) KD T GT] (12)
VM = 2 NT [ IM / GT +D T] (13)
CP = QM / ( VM IM) (14)
DT = TH – TC (15)
GT = AST / LT (16)
4- Corrente máxima (Imax):
A corrente máxima é obtida da equação (12), com QM = 0 e ¶(DT)/¶(IM) = 0, ou seja
Imax = ( K GT / ) [ 1 + 2 Z TH - 1 ]) (17)
Z = / ( K) (18)
5- Diferença de temperatura máxima (DTmax ):
É obtida da equação (12), com I = Imax e QM = 0, ou seja
DT = TH - ( 1+ 2 Z TH - 1) /Z (19)
6- Corrente Ótima (Iopt)
A corrente ótima ( Iopt ) é aquela que maximiza o CP do módulo ou seja, e o valor de IM que maximiza a equação (14)
¶ CP / IM = 0 (20)
Iopt = KD T GT (1+ 1+Z T ) / ( T ) (21)
T=(TC+ TH) /2 (22)
7- CP Ótimo (COP)
O coeficiente de desempenho ótimo (COP) e o valor do CP para corrente ótima Iopt. Das equações (12), (13), (14) e (21) demonstra-se que:
COP=( T / D T)( 1+ Z T -1) ( 1+ Z T + 1 ) – 1/2 (23)
Trocadores de calor
O desempenho de um trocador de calor é avaliado pela sua capacidade de transferencia de calor (QTC). Para um trocador de calor do tipo placa aletada,
temos:
QTC=D TS/[1/( AF EFAL HF + HB AB) + RTB} (24)
DTS = \TS – TF\ (25)
HB= HF + HR (26)
De (Holman, 1976), obtemos
HF = 1.42 (DTS / LB)0.25 (27)
HR = EMS 5.669 10-8 (TS +TF ) (TS2 + TF2 ) (28)
Observar que temos dois trocadores de calor, ou seja, um na face quente e o outro na face fria. A resistência térmica da base (RTB) decorre da
resistência de contato e do estrangulamento do fluxo de calor (Oliveira e Forslund, 1974) entre os módulos e a base do trocador de calor. Esta resistência
é no entanto difícil de ser avaliada, usaremos um valor de 0.005 W/ °C e num tra-balho futuro faremos uma avaliação mais precisa.
RESULTADOS
O procedimento descrito na seção 3.2.2 foi executado em microcomputador num total de 12 testes até obter o sistema otimizado,
sendo os resultados apresentados nas tabelas 1, 2, 3 e 4 seguintes.
Nomeclatura
r Resistividade elétrica do material semicondutor
a Coeficiente Seebeck do termopar
AB Área da base (placa).
ACA Área externa da câmara
AF Área aletada do trocador de calor
AST Área da seção transversal do material semicondutor
ATC Área total dos trocadores de calor
CCA Custo da câmara frigorífica
CIS Custo especifico do isolante térmico
CMT Custo dos módulos termoelétricos
CP Coeficiente de desempenho do modulo termoeletrico
COP Coeficiente de desempenho ótimo do modulo termoeletrico
J.P.Gomes
O compressor monofásico
O compressor monofásico
DICAS DE REFRIGERAÇÃO COMERCIAL
Tabela de diagnósticos das avarias nas unidades de refrigeração Provável Causa Intervenção Sugerida.
Tensão de linha inferior.
Medir a tensão na saída do contador:
Se for inferior aos limites de tolerância zumbi continua, mas não parte (O motoprotetor intervém de forma cíclica). limites de tolerância.
Falta calibragem das pressões durante a parada rápida do compressor (de modelo a dupla baixa no sistema capilar).
Paradas demasiadas breves são imputáveis a um termômetro com diferencial demasiado limitado.
Relé de arranque defeituoso ou não estando conforme as especificações do fabricante do compressor. Capacitor de partida defeituoso ou com tensão de etiqueta inferior àquela indicada pelo fabricante do compressor.
Capacitor de marcha defeituoso.
Conexões elétricas erradas porque manuseadas. 1.6- Enrolamento do motor elétrico defeituoso.
Compressor travado mecanicamente ou os acoplamentos árvore-bronzinas não são bastante lubrificados. requerer a intervenção da companhia fornecedora de eletricidade. Se ao contrario as tenções estiverem nos limites, verificar se houve queda de tensão na entrada do compressor quando o compressor zumbi, mas não parte. Se houver queda de tensão tem-se a demonstração que a linha é de seção insuficiente.
Substituir a linha com outra de seção adequada. Se a tensão insuficiente não se deve a linha interna e se a diminuição não for temporária, pode-se incrementar o torque de arranque do compressor (caso este seja do tipo de PSC) instalando um conjunto que compreende um capacitor de arranque e um relê, transformado assim o sistema de partida do compressor de PSC a CRS. Se ao contrário o compressor tem um sistema de arranque do tipo RSIR, sua transformação em CSIR é quase sempre desaconselhável pois não é homologada pelo fabricante do compressor.
Substituir o termostato com outro de diferencial mais amplo ou aplicar o termostato com diferencial regulável. Eventualmente desensibilizar o elemento sensível do termostato existente, para não exceder cinco intervenções horárias.
Procurar instalar um novo relé e ter o cuidado que a escrita TOP (alto em inglês) fique no alto do relê instalado.
Se o relê original for do tipo amperométrico e não se encontrar a peça adequada, pode-se instalar um relê no estado sólido até uma potencia do compressor de 500W absorvidos.
Procurar instalar novos capacitores.
Restabelecer as ligações conforme os esquemas originais.
Desligar os cabos de alimentação das baterias de bornes do compressor e averiguar com um ohmímetro , se a resistência do enrolamento de partida e daquele de marchas estão corretas; averiguar o isolamento de massa (teste da rigidez dielétrica).
Se os testes indicarem uma disfunção do enrolamento consertar ou substituir o compressor.
Pode ser feita uma tentativa de destravar o compressor ligando-o provisoriamente de forma que o motor elétrico receba um impulso que o leva a rodar no sentido contrário ao normal.
Se a tentativa for falha, deve-se consertar ou substituir o compressor.
Unidade sobrecarregada de refrigerante.
Descarregar para fora o refrigerante em excesso com a maior lentidão, de um lugar da unidade onde haja somente presença de gás.
No caso de se tratar de sistema hermético sem registro.
Utilizar um registro perfurador aplicado ao tubo de serviço do compressor.
Dosar a carga por meio das indicações do indicador de passagem de liquido.
Se este não estiver instalado, o mesmo levantamento pode ser feito utilizando um indicador de passagem de liquido de ultra-som, aplicado temporariamente no inicio da linha de liquido.
Motoprotetor defeituoso.
Verificar que a corrente de arranque e aqueles de marcha estejam nos limites previstos pelo fabricante do compressor.
Verificar também a temperatura do compressor.
A ausência de sobrecarga ou de superaquecimento evidente demonstram que o dispositivo motoprotetor é insuficiente.
Para os sistemas de proteção diferente proceder como segue:
Motoprotetor termoamperométrico ou termostático externo (clixon) :substituir o motoprotetor.
Motoprotetor termoamperométrico embutido no compressor: substituir o compressor.
Falta uma das três fases .
A falta de fase pode ser verificada medindo a tensão entre as três fases na mas não parte.
(O motoprotetor intervém forma cíclica)
Neste contexto com apalavra compressor entenderemos moto- compressor hermético ou semi- hermético e nunca compressor de alimentação. bateria de bornes do compressor.
Portanto verificar toda a linha de alimentação a partir da entrada do contador.
É provável encontrar a interrupção de um fusível ou um desgaste de um binário de contatos do contador ou bornes frouxos. tipo aberto.
As definições e as conclusões aqui referidas aos compressores herméticos e semi- herméticos , se devidamente interpretadas são também válidas para os compressores abertos.
(Por exemplo:)
“constatada a interrupção do enrolamento, consertar e substituir o compressor” deve-se entender como “constatada a interrupção do enrolamento, consertar ou substituir o motor elétrico de tração”.
Tensão da linha inferior .
Verificar a tensão de cada uma das três fases no contador, se for inferior aos limites de tolerância. limites de tolerância ou se houver desequilíbrio entre as três fases requerer a intervenção da companhia fornecedora de eletricidade.
Se ao contrário não for levantada anomalia nenhuma, verificar a tensão de cada uma das três fases nos bornes do compressor em quanto este tenta, mas não parte.
Se houver queda de tensão nos bornes do compressor temos a demonstração que a linha entre o contador e o compressor é de seção insuficiente.
Substituir a linha com outra de seção adequada.
Interrupção do enrolamento .
Desligar os cabos de alimentação da bateria de bornes do compressor e do motor elétrico. verificar que a resistência dos três enrolamentos esteja equilibrada.
Se o teste indicar um desequilíbrio, consertar ou substituir um compressor.
Enrolamento do compressor .
Testar o isolamento de massa. Se for insuficiente consertar ou substituir o em curto com massa. compressor.
Compressor travado .
É inútil destrava-lo invertendo a seqüência das fases na bateria de bornes.
O mecanicamente. compressor deve ser consertado ou substituído.
Motoprotetor não calibrado.
Em primeiro lugar verificar que a corrente de arranque e aquela de marcha adequadamente ou defeituoso. estejam nos limites previstos pelo fabricante do compressor.
Controlar também a temperatura do compressor.
A ausência de sobrecargas ou de um superaquecimento evidente demonstram que um dispositivo motoprotetor é ineficiente.
Para os diferentes sistemas de proteção proceder da seguinte forma:
Motoprotetor termoamperométrico ou termostático externo (clixon):
Substituir o motoprotetor.
Motoprotetor termoamperométrico embutido no compressor:
Substituir o compressor.
Motoprotetor no quadro (relê térmico): verificar calibragem e se ela corresponde à corrente de marcha do compressor substituir o relê térmico.
Motoprotetor a termistores: substituir o módulo eletrônico com outro novo, verificando que a corrente absorvida pela bobina do disjuntor que comanda o compressor não seja superior àquela permitida pelo fabricante do módulo eletrônico.
Se a disfunção persistir, significa que um dos termostores no enrolamento do compressor está interrompido (o teste da continuidade do circuito feito com um ohmímetro que tem nas extremidades a tensão máxima de 1.5 Volt .
O compressor pára por intervenção do protetor térmico. indica resistência infinita.
Uma alternativa ao conserto do compressor é representada pela aplicação, a jusante do disjuntor, de um relê térmico devidamente calibrado.
Condensador ineficiente.
Se o condensador é resfriado a ar, limpar o conjunto de aletas deformadas com um pente de aletas.
Se for resfriada a água, tirar as incrustações dos passadores de água com soluções adequadas ou escovar os feixes de tubos.
Unidade sobrecarregada .
Descarregar o refrigerante para fora com lentidão máxima, de um lugar da refrigerante. unidade haja somente gás.
No caso de um sistema hermético sem registros, utilizar um registro perfurador aplicado ao tubo de serviço do compressor.
Dosar as cargas através das indicações do passador de liquido.
Se este não for instalado, o mesmo tipo de levantamento pode ser feito utilizando um indicador de passagem de liquido de ultra-som, temporariamente aplicado no inicio da linha de liquido.
Presença de ar no sistema.
Efetuar o expurgo do circuito. O expurgo do ar é uma operação bastante complexa que requer bastante experiência.
Às vezes é conveniente descarregar a unidade interna, esvazia-la e carrega-la novamente, dosando a carga como indicado no parágrafo precedente.
Fluxo de ar insuficiente .
Verificar a eficiência dos ventiladores (eficiência dos motores, sentido de condensador resfriado a ar. rotação, situação das ventoinhas).
de ar quente
Corrigir o arranjo da umidade condensadora e do condensador. no condensador resfriado a ar.
Uma parte de ar aspirado pelos ventiladores não é fresca mas sim de recirculação, em conseqüência do fato que o condensador é instalado num espaço demasiadamente pequeno ou condensador é protegido por uma chapa furada que obstrui o fluxo de ar excessivamente.
Fluxo de água insuficiente
Averiguar a calibragem e a eficiência das válvulas pressostáticas , limpar os no condensador resfriado à filtros da tubulação de adução, verificar que todos os registros na adução estejam água. abertos , medir a pressão da rede hídrica.
Se o fluxo de água insuficiente for à conseqüência de uma diminuição de pressão não temporária, considerar a possibilidade de inserir uma bomba de circulação ou instalar uma torre de resfriamento.
Se a água de resfriamento provém de uma torre, verificar a eficiência desta.
Oclusão parcial da linha.
Verificar a posição dos registros da linha de descarga.
O enforcamento da descarga. seção da passagem pode também ser provocado por uma junção imperfeita (por exemplo por um excesso de liga de brassagem).
Pressão de sucção .
Averiguar a calibragem da válvula reguladora de pressão de sucção.
Se a demasiado elevada em relação à unidade for equipada com uma válvula de expansão com carga convencional e não pressão prevista de evaporação. estiver presente uma válvula reguladora de pressão de sucção, verificar que o bulbo termostático da válvula de expansão seja bem fixado à tubulação de sucção e seja adequadamente revestida.
Apurar que a válvula seja calibrada corretamente (superaquecimento entre 4 e 8ºC) e não seja de potência excessiva.
Se a unidade for equipada com válvula de expansão com carga MOP, a pressão de sucção excessiva pode ser causada pela abertura demasiada da própria válvula, pode não ser calibrada adequadamente (superaquecimento insuficiente) ou pode ser de potência excessiva.
Tomar as devidas providências.
Se a unidade for do tipo capilar, a pressão de sucção excessiva é causada por carga em demasia.
Motoprotetor.
Verificar que a corrente de partida e aquela de marcha esteja nos limites calibragem inadequada ou previstos pelo fabricante do compressor.
Verificar também a temperatura do defeituosa. compressor.
A ausência de sobrecargas ou de um superaquecimento evidente demonstram que o dispositivo motoprotetor é insuficiente.
Para os sistemas de proteção diferentes proceder como segue:
Motoprotetor termoamperométrico ou termostático externo (clixon):
Substituir o motoprotetor Motoprotetor termoamperométrico embutido no compressor:
Substituir o compressor. Motoprotetor no quadro (relê térmico):
Verificar a calibragem e se ela corresponde a corrente de marcha do compressor substituir o relê térmico Motoprotetor a termistores:
Substituir o módulo eletrônico com outro novo, verificando que a corrente absorvida pela bobina do disjuntor que comanda o compressor não seja superior aquela permitida pelo fabricante do módulo eletrônico.
Se a disfunção persistir, significa que um dos termistores no enrolamento do compressor é interrompido (o teste de continuidade do circuito é feito com um ohmímetro que tem nas extremidades a tensão máxima de 1,5 Volt indica resistência infinita).
Uma alternativa no conserto do compressor é representada pela aplicação , a jusante do disjuntor, de um relé térmico devidamente calibrado.
Tensão de linha inferior .
Verificar a tensão de cada uma das três fases no contador, se for inferior aos aos limites de tolerância. limites de tolerância e se houver desequilibro entre as três fases requerer a intervenção da companhia fornecedora de eletricidade.
Se ao contrário a tensão entre as fases estiver nos limites, verificar que não a queda de tensão na entrada do compressor enquanto o compressor gira.
Se houver queda de tensão tem-se a demonstração que a linha entre o contador e o compressor é de seção insuficiente.
Substituir a linha com outra de seção adequada.
Enrolamento do motor.
Consertar ou substituir o compressor. curto-circuito
Acoplamento árvore- bronzinas não lubrificado satisfatoriamente ou princípio de gripagem do acoplamento pistão-cilindro.
Linha trifásica desbalanceada.
Temperatura do compressor muito elevada.
Consertar ou substituir o compressor.
Verificar se as tensões entre as fases de linha estejam balanceadas.
Caso negativo requerer a intervenção da companhia fornecedora de eletricidade.
Verificar se o compressor esteja adequadamente resfriado (circulação de ar natural), ventilador suplementar, camisa de circulação de água, etc,) e se sua superfície esteja limpa.
Ligações elétricas erradas .
Verificar as conexões segundo o esquema fornecido pelo fabricante do e montagem elétrica de arranque.
Relê ou condensador de marcha ou de arranque defeituoso ou não adequado para o compressor específico.
Compressor.
Verificar que o relê de arranque seja colocado de forma que a escrita TOP (alto em inglês) fique na parte alta do relê instalado.
Procurar instalar um novo relê e ter cuidado que a escrita TOP (alto em inglês) fique na parte alta do relê instalado.
Se o relê original for do tipo amperométrico e não se encontrar a peça adequada , pode-se instalar um relê no estado sólido até uma potencia do compressor de 500W absorvidos.
Tentar substituir os condensadores.
Os contatos de relê.
O numero das intervenções .
Substituir o termostato com outro diferencial mais amplo ou aplicar o arranque deterioram rapidamente e ficam colados.
O condensador de arranque horárias do compressor é muito elevado (superior a cinco).
Diferencial do termostato muito e limitado.
A resistência que liga os dois terminais do condensador de arranque é interrompida ou inexistente.
Falta de equilíbrio das termostato com diferencial regulável.
Eventualmente ajustar o elemento sensível do termostato existente , para não exceder cinco intervenções diárias.
Aplicar uma resistência de 15 a 18 K 2W cuidando particularmente das soldagens de estanho de seus terminais aos terminais do condensador.
Substituir o termostato com outro de diferencial mais amplo ou aplicar o se queima.
O condensador de marcha pressões durante a parada muito termostato com diferencial regulável.
Eventualmente desencibilizar o elemento breve do compressor .
Paradas sensível do termostato existente, para não exceder cinco intervenções horárias. muito breves são imputáveis e um termostato com diferencial muito limitado.
Relê de arranque defeituoso.
Procurar instalar um novo relê e ter o cuidado que a escrita TOP (alto em especificações do fabricante do inglês) fique na parte alta do relê estalado.
Se o relê original for do tipo compressor. amperométrico e não se encontrar a peça adequada , pode-se instalar um relê no estado sólido até uma potência do compressor de 500W absorvidos .
Condensador de partida
Instalar como tentativa um novo condensador. defeituoso ou com tensão de etiqueta inferior aquela prescrita pelo fabricante do compressor.
Ligações elétricas erradas
Restabelecer as ligações de acordo com os esquemas originais. por terem sido manipuladas.
Enrolamento do motor elétrico defeituoso.
Desligar os cabos de alimentação da bateria de bornes do compressor e averiguar com um ohmímetro, se a resistência do enrolamento de partida e daquele de marcha estão corretas:averiguar o isolamento de massa (teste da rigidez dielétrica) .
Se os testes indicarem uma disfunção do enrolamento, consertar ou substituir o compressor.
Compressor travado..
Pode ser feita uma tentativa de destravar o ligando-o provisoriamente de forma mecanicamente ou os que o motor elétrico receba um impulso que o leve a lidar no sentido contrário ao acoplamentos árvore-bronzinas normal.
Se a tentativa for falha, deve-se consertar ou substituir o compressor. não são bastante lubrificados.
Descarregar para fora o refrigerante em excedência com a maior lentidão, sobrecarregada de refrigerante. para um lugar da unidade onde haja somente presença de gás.
No caso de se tratar de sistema hermético sem registro, utilizar um registro perfurador aplicado ao tubo de serviço do compressor.
Dosar a carga por meio de indicações do indicador de passagem de liquido.
Se este não estiver instalado, o mesmo levantamento pode ser feito utilizando um indicador de passagem de liquido de ultra-som, aplicado temporariamente no início da linha de liquido.
Os contatos do rele...
Aplicar uma resistência de 15 a 18 kW, 2W cuidando particularmente das arranque estão colados. A soldagens de estanho de seus terminais aos terminais do condensador. resistência que liga os dois terminais do condensador de arranque é interrompidas ou inexistente.
Condensador não esta entra em curto-circuito conforme as especificações do fabricante do compressor.
Substituir o condensador com outro de acordo com as especificações do fabricante do compressor.
Em fase de montagem ter o cuidado para que o terminal marcado com um selo vermelho seja ligado ao terminal R (marcha) do compressor monofásico.
O compressor não parte
Apertar os botões de ligação manual dos pressostatos e do relê térmico. não é possível perceber nenhum zumbido, mesmo que na tomada dispositivo elétrico de proteção ou de segurança de tipo de Verificar a integridade dos dispositivos automáticos de proteção. ou no quadro chegue corrente e o ligação manual.
Funcionamento termostato seja regulado numa temperatura mais baixa daquela existente na câmara refrigerada. defeituoso de um dispositivo automático de proteção.
O elemento bulbo -fole do termostato descarregou , o circuito elétrico fica aberto.
O disjuntor não se excita
Substituir o termostato.
A certeza da interrupção tem-se averiguando a presença de tensão nas pela interrupção de sua bobina . extremidades da bobina.
Substituir a bobina interrompida..
Os períodos de parada do compressor são muito breves ou o compressor efetua mais de cinco intervenções por hora.
A linha de alimentação do compressor é interrompida.
O enrolamento do motor elétrico é interrompido.
Diferencial do termostato muito limitado.
Infiltração grande de calor na câmara refrigerada
As válvulas do compressor.
Desligar a linha da suas extremidades e verificar sua continuidade de circuito.
Verificar a continuidade do circuito do enrolamento.
Consertar ou substituir o compressor.
Substituir o termostato com outro de diferencial mais amplo ou aplicar o termostato com diferencial regulável.
Eventualmente ajustar elemento sensível do termostato existente.
Nas câmaras de temperatura baixa as paradas rápidas do compressor são imputáveis a estanqueidade insuficiente das portas isotérmicas.
A dificuldade se elimina averiguando dobradiças e fechaduras.
Verificar a vedação das válvulas por meio de um vacuômetro aplicado na linha de baixa.
A pressão de descarga é muito elevada. (verificar-se a intervenção eventual do motoprotetor ou do pressostato de pressão alta)
A pressão de sucção é têm uma estanqueidade perfeita. sucção do compressor.
Um aumento rápido da pressão de sucção na parada do compressor denuncia uma vedação imperfeita das válvulas.
Se essa disfunção não compromete o rendimento do compressor, a imperfeição pode ser corrigida aplicando uma válvula de retenção na linha de sucção ou naquela de descarga.
Condensador ineficiente.
Se o condensador é resfriado a ar, limpar o conjunto de aletas e eventualmente endireitar as aletas deformadas com um pente de aletas .
Se for resfriado a água, tirar as incrustações dos passadores com soluções adequadas ou escovar o feixe de tubos.
Fluxo de ar insuficiente no evaporador.
Verificar a eficiência dos ventiladores (eficiência dos motores, sentido de condensador resfriado a ar. rotação, estado das ventoinhas).
Recirculação de ar quente .
Corrigir o arranjo da unidade condensadora ou do condensador. no condensador resfriado a ar.
Uma parte de ar resfriada pelos ventiladores não é fresca mas sim de recirculação, isto é conseqüência do fato que o condensador foi instalado num espaço muito pequeno ou o condensador esta protegido por uma capa furada que freia o fluxo de ar excessivamente.
Fluxo de água insuficiente
Averiguar a calibragem e a eficiência das válvulas pressostáticas, limpar os no condensador resfriado à filtros na tubulação de adução, verificar que todos os registros na adução estejam água. abertos, medir a pressão da rede hídrica.
Se o fluxo de água insuficiente for à conseqüência de uma diminuição de pressão temporária , considerar a possibilidade de inserir uma bomba de circulação ou instalar uma torre de resfriamento .
Se a água de um resfriamento provém de uma torre, verificar a eficiência desta. 9.5- Presença de ar na unidade.
Efetuar o expurgo do circuito.
O expurgo do ar é uma operação bastante complexa que requer bastante experiência.
Às vezes é conveniente descarregar a unidade inteira, esvazia-la e carrega-la novamente, dosando a carga como indicado no parágrafo
Oclusão parcial da linha de sucção.
Verificar a posição dos registros da linha de descarga.
O enforcamento da descarga. seção de passagem pode também ser provocado por uma junção imperfeita (por exemplo por um excesso de liga de brassagem) 9.7- Pressão de sucção muito baixa.
Averiguar a calibragem da válvula reguladora da pressão de sucção.
Se a elevada face à pressão de unidade for equipada com uma válvula de expansão com carga convencional e não evaporação prevista. estiver presente uma válvula reguladora de pressão de sucção, verificar que o bulbo termostático da válvula de expansão esteja bem fixado a tubulação de sucção e esteja adequadamente revestida .
Apurar que a válvula esteja calibrada corretamente (superaquecimento entre 4 e 8 ºC) e não seja de potência excessiva.
Se a unidade for equipada com válvula de expansão com carga MOP, a pressão de sucção excessiva pode ser causada pela abertura demasiada da mesma válvula, , por não ser calibrada adequadamente (superaquecimento insuficiente) ou por ser de potência excessiva.
Tomar as devidas providências.
Se a unidade for de tipo capilar, a pressão de sucção excessiva é causada por carga em demasia.
Unidade sobrecarregada.
Descarregar o refrigerante para fora com lentidão máxima, para um lugar da refrigerante. unidade onde haja somente gás.
No caso de um sistema hermético sem registros, utilizar um registro perfurador aplicado ao tubo de serviço do compressor.
Dosar a carga através as indicações do passador de líquido.
Se este não estiver instalado, o mesmo tipo de levantamento pode ser feito utilizando um indicador de passagem de liquido de ultra-som, temporariamente aplicado no início da linha de liquido.
Válvula reguladora
Aplicar um vacuômetro jusante da válvula e calibra-la a uma pressão que pressão de sucção não esta nos permita evitar sobrecargas no compressor em fase de arranque. muito elevada em relação pressão padrões da calibragem. de evaporação prevista.
Bulbo da válvula de expansão..
J.P.Gomes
Remediação e a Poluição
A Pequena Distância Entre a Remediação e a Poluição na Utilização de Equipamentos Para Tratamento do Ar em Ambientes Fechados. Uma
Revisão Comentada
Isabelle Lúcia Ricard
Mestranda da Faculdade de Saúde Pública da Universidade de São Paulo -USP.
Luiz Fernando de Góes Siqueira
Prof. Dr. Do Departamento de Epidemiologia da Faculdade de Saúde Pública da Universidade de São Paulo - USP.
Introdução
Durante os últimos 25 anos, muitos problemas vêm sendo correlacionados ao condicionamento ambiental de interiores, recebendo crescente atenção por
profissionais de várias áreas1.
Detectada em meados da década de 70, e cognominada no início da década de 80, a expressão "Síndrome dos Edifícios Doentes" (SED) refere-se à
relação de causa e efeito, entre as condições ambientais observadas em áreas internas, com reduzida renovação de ar e os vários níveis de agressão à
saúde de seus ocupantes2.
Epidemiologicamente, estas condições ambientais adversas, tornaram-se importante área de estudo, decorrentes das agressões ao conforto e ao bem-
estar de quem vive em ambientes fechados, característica da sociedade contemporânea3.
Em 1982, a Organização Mundial da Saúde (OMS), através de uma comissão de "experts" definiu como "Síndrome dos Edifícios Doentes" ("Sick Building
Syndrome"), uma combinação de sintomas gerais, que afeta diretamente os ocupantes de ambientes fechados. Entretanto o crescente número de
agravos à saúde humana, mesmo não atendendo aos critérios epidemiológicos da SED, culminaram com a definição da "Doença do Ambiente Interno" -
DAI - ("Building Related Illness"), como um estado mórbido ligado às condições do ambiente interno2. Estas sintomatologias, podem estar ligadas a
poluentes de origem física, química e biológica, isolada ou associadamente. Não menos preocupante que o processo de poluição biológica, é a poluição
de origem química, quer do ponto de vista de Saúde Pública, quer do ponto de vista de Saúde Ocupacional, em função dos graves quadros produzidos,
bem como das seqüelas, freqüentemente presentes entre as pessoas agredidas4.
A exposição ao ar em ambientes interiores, climatizados artificialmente ou não, quando contaminados, constitui um fato comum entre os mais variados
fragmentos populacionais. O impacto na saúde humana e a degradação dos conceitos de "Qualidade de Vida" têm preocupado autoridades sanitárias em
todo o mundo. Na corrida incessante e desenfreada na busca de um padrão ideal de qualidade de ar ambiental o segmento social organizado da
população, tem desenvolvido e disponibilizado várias propostas de remediação, sem o adequado processo de avaliação técnico-científica. Dentre elas
destacam-se os equipamentos de tratamento de ar5.
Alguns equipamentos para tratamento e purificação do ar em ambientes fechados deliberadamente produzem o gás ozônio. Os fabricantes afirmam que
estes aparelhos são eficazes, seguros e inofensivos para a saúde. Muitos afirmam até ter aprovação de órgãos federais americanos para uso em
ambientes fechados. Segundo a Agência Americana de Proteção ao Meio Ambiente (Environment Protection Agency - EPA) nenhum órgão do governo
federal aprovou qualquer aparelho deste tipo para uso em ambientes fechados 6, e diversos profissionais da área da saúde vêm rebatendo a utilização
do ozônio para o tratamento do ar há quase um século 7,8,9,10,11.
Ozônio
O ozônio é um gás constituído por três átomos de oxigênio. Dois átomos de oxigênio formam a base da molécula do oxigênio presente no ar que
respiramos. O terceiro átomo, bastante instável, pode se desligar facilmente do ozônio para se ligar à moléculas de outras substâncias orgânicas,
alterando sua composição química. É justamente essa propriedade do ozônio de se ligar com facilidade à outras substâncias que constitui a base do
argumento de venda dos fabricantes de purificadores de ar. Muitos usam o termo "oxigênio energizado" ou "ar puro", sugerindo que o ozônio é um tipo
saudável de oxigênio.
Essas propriedades químicas permitem que o ozônio, em altas concentrações, reaja tanto fora, como dentro do organismo humano, com determinados
elementos orgânicos. O ozônio é um gás tóxico, com propriedades químicas e toxicológicas muito distintas do oxigênio. Quando inalado, o ozônio pode
danificar o tecido pulmonar. Em baixas concentrações causa dores no peito, tosse, falta de ar e irritação da garganta; sintomas que podem afetar tanto
pessoas saudáveis quanto as que já apresentam problemas respiratórios. Os efeitos do ozônio variam conforme a sensibilidade e capacidade de resposta
individual, mas o gás também agrava as doenças respiratórias crônicas como a asma, e compromete ainda mais as defesas do organismo contra
infecções respiratórias.
Praticar exercícios físicos quando existem altas concentrações de ozônio no ar favorece a inalação de grandes quantidades do gás, o que pode
aumentar os riscos de problemas respiratórios. Esses efeitos são normalmente reversíveis, e desaparecem quando a pessoa se afasta do local
contaminado. Entretanto, a recuperação pode ser mais lenta e os efeitos sobre a saúde mais agressivos, quando a exposição ao gás for muito
prolongada ou em níveis muito elevados12,13.
A tabela 1 mostra alguns limites e recomendações de diferentes órgãos governamentais americanos para a exposição humana ao ozônio. Existem
diferenças bem definidas quanto à presença de ozônio na baixa e alta atmosfera. O ozônio da alta atmosfera ou "ozônio estratosférico", ajuda a filtrar os
raios ultravioletas do sol, comprovadamente nocivos à saúde humana. Já o mesmo ozônio na baixa atmosfera, ou seja, no ar que respiramos, pode ser
extremamente prejudicial para o sistema respiratório.
O ozônio, em níveis baixos (atmosférico), é obtido pela reação da luz do sol com certos elementos químicos presentes no meio ambiente, provenientes
das emissões dos automóveis e das emissões industriais. Desta forma, níveis elevados de poluição atmosférica (Dióxido de nitrogênio, partículas finas e
Hidrocarbonetos), geralmente induzem níveis críticos de ozônio na atmosfera, sendo este gás, tanto puro, como na presença de outros elementos
químicos, extremamente prejudicial para a saúde.
Discussão
Quanto à efetividade dos purificadores de ar a base de ozônio no controle da contaminação em ambientes fechados, alguns dados científicos atuais
sugerem que, em concentrações que não ultrapassam os limites aceitáveis para a saúde pública, o ozônio apresenta um potencial muito pequeno de
remoção dos contaminantes presentes no ar de ambientes fechados, quer sejam químicos, físicos ou biológicos. Desta forma:
1. Contaminantes Químicos
O processo de reação química do ozônio com a maioria dos elementos químicos presentes no ar de ambientes fechados, levaria meses ou anos para
acontecer9, o que se considera, para o assunto que nos interessa, reação tecnicamente desprezível. Além disso, ao contrário do que alegam alguns
fabricantes, os equipamentos não possuem a capacidade de remover o monóxido de carbono8,14 ou o formaldeído15. Outro ponto a ser considerado são
os sub-produtos, irritantes ou nocivos16,17,18,19, da reação do ozônio com elementos orgânicos com os quais este gás efetivamente reage. Alguns
fabricantes afirmam que uma das vantagem do ozônio é inativar os elementos químicos do ar produzindo unicamente dióxido de carbono e água. Isso é
totalmente incorreto, pois esta reação padrão não ocorre com a grande maioria das substâncias. Sub-produtos são formados, os quais podem ser
substratos potenciais altamente reatios e capazes de produzir outros derivados, os quais por sua vez, podem apresentar alto potencial irritante ou
corrosivo18,20,21.
Estudo recente17 mostrou que a mistura de ozônio com elementos químicos emitidos por carpetes novos, após provocar uma redução dos gases
emitidos pelos carpetes, incluindo aqueles responsáveis pelo odor, provoca um aumento do nível total de compostos orgânicos voláteis, especialmente de
diversos aldeídos. Além dos aldeídos, o ozônio também favorece o aumento dos níveis de ácido Fórmico19, ambos irritantes pulmonares, quando em
grande quantidade.
Odores são gerados através da presença de determinados compostos químicos que agridem o ser humano através da sensação olfativa. Assim sendo,
odores como uma classe especial de compostos químicos caracterizaram-se como um dos importantes alvos dos produtores de equipamentos de
tratamento de ar, através da geração de ozônio.
Como os demais compostos químicos, o ozônio também não demonstrou ser eficaz na luta contra os odores em ambientes fechados: uma experiência 10
em um ambiente que reproduzia uma câmara de embalsamento, onde o formaldeído é a principal fonte de odor, mostrou que o ozônio não reduziu a
concentração de formaldeído no ar. Do mesmo modo, outras experiências sugerem que o ozônio é capaz de mascarar odores corporais em ambientes
fechados, porém, não de eliminá-los, sendo a única exceção a reação do Sulfeto de hidrogênio (H2S) com o ozônio gerando Sulfato (SO3) e água (H2O),
porém este composto só é observado em processos de putrefação. Além de não haver provas contundentes de que o ozônio é efetivo no tratamento de
odores, existe a possibilidade de alguns odorizadores, que atuam por mecanismos de aspersão de determinados compostos químicos com odor reajirem
com o ozônio17,19. Acredita-se que o ozônio reage também com a acroleína, um dos muitos elementos químicos irritantes e com odor presentes na
fumaça de cigarro22.
2. Contaminantes Físicos
O ozônio, por si só, não é capaz de remover partículas em suspensão no ar, como poeira, pólen ou mesmo as partículas responsáveis pela maioria das
alergias. Por isso, alguns purificadores de ar vêm equipados com ionizadores. Ionizadores emitem íons carregados no ar, positiva ou negativamente, que
se ligam às partículas em suspensão no ar, carregando-as por sua vez, positiva ou negativamente. Assim carregadas, as partículas passam a apresentar
a propriedade física de se fixarem em superfícies (móveis, paredes e outras) com carga eletrostática oposta ou ainda, de se agregar a outras partículas
em suspensão, com diferentes cargas eletrostática, resultando em um processo de precipitação. Estudos14,25 demonstram que os ionizadores
apresentam menor eficiência na remoção de partículas em suspensão no ar que filtros classificados como HEPA (High Efficiency Particulate Arestance) ou
precipitadores eletrostáticos.
3. Contaminantes Biológicos
Alguns dados13,3 mostram que, enquanto houver ozônio em baixas concentrações no ar, pode haver uma redução da concentração de microorganismos
em suspensão no ar, assim como a inibição de seu crescimento. Entretanto, para que haja uma descontaminação que impeça e proliferação dos
microorganismos uma vez que o ozônio é removido, estima-se que deveriam ser utilizadas concentrações de ozônio de 5 a 10 vezes superiores ao limite
máximo permitido23. Mesmo nesse caso, o ozônio não teria eficiência contra os microorganismos fixados em materiais porosos, como forros falsos ou
materiais para isolamento24.
Em alguns casos especiais, em "espaços não ocupados e fora da presença humana", utilizam-se altas concentrações de ozônio para ajudar a remover
contaminantes químicos, biológicos ou odores, como é o caso de remediações após incêndio. Todavia, pouco se sabe a respeito dos sub-produtos que
tais procedimentos podem gerar4. Sabe-se porém, que nessas concentrações, o ozônio pode afetar plantas, danificar materiais a base de borracha, fios
elétricos e obras de arte, que contenham determinadas tintas ou pigmentos12.
Considerações Finais
A remediação de poluentes em ambientes interiores, através de equipamentos purificadores de ar por geração de ozônio, passa a ser altamente
questionada, quando avalia-se o controle das concentrações deste gás em ambientes interiores e os níveis de exposição de seus ocupantes.
A concentração real de ozônio dentro de um ambiente fechado depende de diversos fatores, dentre os quais: a potência do equipamento, o número de
equipamentos em uso, o tamanho do ambiente, portas e janelas abertas ou fechadas, a quantidade de materiais e móveis que absorvem ou reagem com
o ozônio, a taxa renovação do ar, a concentração de ozônio no ar externo e a precisão dos controles de ajuste de potência dos equipamentos.
Além disso, a exposição ao gás depende da proximidade entre o indivíduo e o equipamento, uma vez que a concentração de ozônio é maior quanto mais
próximo do ponto de emissão.
• Em alguns casos, as instruções do equipamento recomendam que se use um purificador de ar compatível com o tamanho do ambiente a ser purificado;
infelizmente, tais instruções sobre o tipo de equipamento que deve ser usado em cada tipo de ambiente, geralmente não são precisas o suficiente para
garantir que as concentrações de ozônio não ultrapassem o limite máximo permitido. Estudos recentes26 mostraram que um equipamento projetado para
ambientes de "até 280 m2" utilizado na potência máxima em um ambiente de aproximadamente 25 m2, gerou concentrações de ozônio da ordem de 0,5
a 0,8 ppm, ou seja entre 5 e 10 vezes mais elevadas que o limite máximo permitido (tabela 1).
• Outro trabalho científico12 avaliou as concentrações de ozônio em ambientes residenciais, geradas por equipamentos em diversas situações (portas
fechadas/ abertas, sistema de ventilação ligado/desligado) colocados em diferentes ambientes. Os resultados mostraram que somente quando não
utilizados na potência máxima e com portas abertas, as concentrações não excediam o limite máximo permitido.
Conclusão
Quer seja puro, quer seja na presença de outros poluentes ou elementos químicos, quando inalado, o gás ozônio pode danificar os pulmões. Em baixas
concentrações pode causar dores no peito, tosse, falta de ar e irritação da garganta e demais mucosas, além de agravar doenças respiratórias crônicas
como a asma e diminuir a capacidade do organismo de defesa contra infecções pulmonares.
Os dados científicos demonstram que, quando utilizado em concentrações que não ultrapassam o limite máximo permitido, o ozônio não apresenta
efetividade no controle da poluição química, física ou biológica, em ambientes fechados. Sua utilização pode até provocar, através das reações químicas
com outros elementos presentes no ar e com os próprios sub-produtos que essas reações geram, o surgimento de novos poluentes químicos irritantes e
até mesmo carcinogênicos.
Finalmente, mesmo seguindo-se criteriosamente as instruções de uso dos fabricantes de equipamentos purificadores de ar, cujo princípio de
funcionamento é a emissão de ozônio, é geralmente difícil controlar sua concentração nos ambientes fechados, e conseqüentemente a exposição ao gás,
uma vez que esta depende de uma série de fatores.
Assim, para controlar a qualidade do ar em ambientes fechados, é desaconselhável utilizar equipamentos que não apresentem resultados conclusivos e
até mesmo podem causar algum dano à saúde humana. Deve-se adotar algumas ações simples, porém eficazes, como eliminar as fontes de poluição
através de procedimentos de higienização adequados, controle da umidade, além da renovação adequada do ar, de forma a diluir os poluentes, tais
como: utilização de taxas adequadas de renovação de ar ou abertura de janelas, no caso de residências, em locais de boa qualidade de ar externo.
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J.P.Gomes
DICAS RETROFIT
DICAS RETROFIT
Artigo cedido pela Climoar Com. Impor. Serviço Ltda / Dupont
1) Não trabalhe em locais com altas concentrações de vapores do fluido refrigerante. Sempre mantenha ventilação adequada na área de trabalho. Não
respire os vapores. Não respire fluido refrigerante com lubrificante provenientes de vazamentos do sistema. Ventile a área depois de qualquer vazamento
antes de entrar no local.
Não utilize detetores manuais de vazamentos para checar concentração de ar respirável. Estes detetores não foram projetados para determinar se a
concentração de ar é segura para respiração humano. Utilize monitoradores de oxigênio para garantir que a concentração e suficiente para sustentar vida
humana no local.
Não utilize chamas ou maçarico para localizar vazamentos . Não utilize também chamas para determinar altas concentrações do fluido refrigerante.
Chamas em contato direto com o fluido podem produzir compostos ácidos e que podem ser perigosos. Não utilize tochas para detectar vazamentos.
Antigas tochas de haletos se baseiam na presença de cloro que podem não estar presentes com os novos fluidos refrigerantes. Utilize um detetor
eletrônico de vazamento projetado para localizar o fluido refrigerante que estiver sendo utilizado.
Se detectado uma visível mudança no tamanho ou cor da chama de um maçarico durante o reparo de um equipamento , pare o trabalho imediatamente e
deixe o local . Ventile o local de trabalho e estanque o vazamento do fluido antes de voltar ao procedimento normal de trabalho . esta mudança de
característica da chama pode ser um indicativo da presença de altas concentrações de fluido refrigerante, e se o local não for adequadamente ventilado e
a exposição for continuada pode ocorrer danos à saúde humana e até ser fatal.
Nota: qualquer fluido refrigerante pode ser perigoso se não usado corretamente . Os riscos incluem líquidos e vapores sob pressão e queimaduras por frio
em caso de vazamento de líquidos.
Superexposições : a altas concentrações de vapores podem causar asfixia e parada cardíaca . leia todas as informações sobre a segurança antes de
manusear qualquer fluido refrigerante.
Para maiores detalhes sobre propriedades , usos , estocagem e manuseio dos fluidos refrigerantes Suva® leia o boletim Técnico P-HP da Dupont ou
outra literatura especifica para estes produtos. Leia a folha de dados de seguranças do material (MSDS) para maiores informações sobre seguranças
para cada fluido refrigerante . O boletim de segurança AS-1 da Dupont também traz informações adicionais sobre segurança no manuseio dos fluidos
refrigerantes.
Lubrificantes e filtros Secadores
Lubrificantes
A seleção do lubrificante mais adequada é baseada em diversos fatores , incluindo se o tipo de compressor , compatibilidade de material . miscibilidade
entre o lubrificante e o fluido refrigerante que poderá afetar o retorno de óleo para o compressor . Antes de começar o retofit , consulte o fabricante do
compressor para seleção do lubrificante mais adequado para seu compressor.
Tanto os lubrificantes a base de alquibenzeno poliolester podem ser utilizados com os fluidos refrigerantes Suva® apresentados neste artigo. Em alguns
casos ;óleo mineral também é aceitável.
Para favorecer o mais adequado retorno de óleo , uma simples mudança do óleo mineral para o óleo alquibenzeno da mesma viscosidade é
recomendada . Essa troca normalmente substituirá de 50 a 80% do óleo mineral , o que satisfaz as recomendações e os requisitos da maioria dos
fabricantes de compressores .
A experiência de campo tem mostrado que os fluidos refrigerantes Suva® MP39, 409A, MP66 e HP81 não apresentam problemas de operação
mantendo-se o óleo mineral já existente em muitos sistemas pequenos e compactos onde o retorno de óleo não é problema. Exemplos : refrigeradores
domésticos, expositores de laticínios, máquinas de bebidas. Entre tanto a troca de óleo pode ser necessária em sistemas que tenham insuficiente retorno
de; óleo, em casos onde o evaporador se encontra distante do compressor , ou o evaporador esta baixo do compressor, ou ainda se a velocidade na
tubulação for muito baixa.
Filtro Secador
Troque o filtro durante o retrofit . Este é um procedimento padrão para a manutenção do sistema do sistema de refrigeração . Existem dois tipos de filtros
secadores normalmente usados: secadores de enchimento solto e secadores de núcleo sólido.
Substitua o secador por um compatível com o fluido refrigerante a ser utilizado . Verifique no filtro secador informações sobre compatibilidade com o fluido
refrigerante.
Informações Gerais
Modificações no sistema
As composições dos fluidos refrigerantes Suva® apresentados neste boletim foram determinadas visando performance equivalentes aos fluidos que
estarão sendo substituídos , em termos de capacidade de refrigeração e eficiência energética . Assim sendo , mínimas modificações são necessárias
para se executar o retofit . Os fluidos refrigerantes Suva® discutidos neste artigo são quase-aseotrópicos, conseqüentemente a composição de vapor no
cilindro é diferente da composição do liquido . Esta pequena diferença não ira afetar a performance do equipamento em sistemas de expansão direta
mais poderá afetar a performance de sistemas com evaporadores inundados . Em geral estes fluidos refrigerantes não são recomendados para sistemas
com compressores centrifugados ou sistemas com evaporador inundado.
Retrofits em sistemas com CFC-12, CFC-500 ou CFC-502 para fluidos alternativos como HCFC-22 ou HFC-134 a poderão exigir necessitarão múltiplas
trocas de óleo ou ainda maiores modificações em equipamentos já existentes . Para alguns sistemas , este custo adicional pode ser grande .
Nota: os fluidos refrigerantes Suva® não foram desenvolvidos para uso e conjunto com outros fluidos refrigerantes e aditivos que não tenham sido
claramente especificados pela Dupont ou pelo fabricante do equipamento . A mistura de fluidos Suva® com fluidos CFC ou a mistura de diferentes fluidos
alternativos podem resultar em efeitos adversos no sistema . Não se deve completar a carga de CFC com qualquer fluido refrigerante Suva®
Informações para recuperação
A maioria dos equipamentos para recuperação é reciclagem utilizada para o R-12 , R-500 e R-502 podem ser usadas com o fluido refrigerantes Suva® .
Use procedimentos adequados para evitar a contaminação cruzada durante a mudança do recolhimento de um fluido para outro , quando utilizando o
mesmo equipamento . A maioria das maquinas para recuperação e reciclagem pode ser usada com o mesmo óleo de compressor que eram usados com
CFC-12, CFC-500 e CFC-502. No entanto , algumas modificações podem ser necessárias , como por exemplo um diferente tipo de secador ou um
indicador de umidade. Consulte o fabricante do equipamento para recomendações específicas.
O Suva® MP39 e o Suva® MP66 podem ser recuperados no mesmo cilindro.
O Suva® HP80 e o Suva® HP81 podem ser recuperados no mesmo cilindro.
O que esperar após o retrofit?
A tabela a baixo mostra as mudanças aproximadas na performance de um sistema convertido para um fluido alternativo. Estes valores são uma
referencia geral para o comportamento de um sistema sendo que a performance real poderá variar para cada sistema.
Suva® MP39 , Suva® 409A Suva® MP66 , são comparados ao R-12 HP80, Suva® 408A , e Suva® HP81 são comparados ao R-502
Selecione o check-list de acordo com o fluido refrigerante a ser utilizado:
1-Determine o desempenho do equipamento com o CFC.
2-Remover o CFC do sistema para um cilindro de recuperação. Pese a quantidade removida se possível.
3-Drene o óleo mineral do sistema e meça o volume removido. Pule os passos 3 e 4 se o sistema já estiver com óleo alquilbenzeno ou caso não se
queira trocar o óleo mineral.
4-Carregue o lubrificante Alquilbenzeno: utilize o mesmo volume retirado no passo 3.
5-Troque o filtro/secador.
6-Evacue o sistema e verifique se há vazamentos.
7-Carregue o sistema com o fluido refrigerante. Retirar do cilindro apenas o fluido refrigerante na fase líquida. Normalmente a carga do fluido alternativo é
de 75 a 90% da carga do CFC.
8-Acione o equipamento e ajuste a carga até atingir as condições de operação desejadas. Etiquete o sistema identificando qual fluido refrigerante e o óleo
lubrificante utilizado.
Retrofit de sistema R-12 para o Suva® MP39 Suva® 409A, ou Suva® MP66 (e R-500 para Suva® MP66).
A seguir , procedimento detalhado recomendado para retrofit de um sistema de CFC-12 para Suva® 409A e Suva® MP66 e também um sistema de R-
500 para Suva® MP66.
1.Estabelecer referência de desempenho com CFC. Coletar dados de desempenho do sistema enquanto o fluido CFC ainda estiver no sistema. Verifique
as condições de operação e quantidade de gás então corretos. Estes dados de temperatura e pressões nos vários pontos do sistema (evaporador ,
condensador , aspiração e descarga do compressor , dispositivo de expansão , etc...) e temperaturas operacionais e condições ambientais especificas
serão úteis para otimizar a operação do sistema com o fluido Suva® . Encontra-se com anexo um formulário para coleta de dados do sistema.
2.Remover o CFC do sistema para o cilindro de recuperação. O CFC deve ser retirado do sistema e coletado em um cilindro de recuperação um
dispositivo de extração com capacidade de tiragem de 10-15 pol de Hg vácuo (30-35Kpa). Caso não se saiba a carga do sistema , pese a quantidade de
fluido refrigerante removido. A quantidade de fluido refrigerante a ser carregado poderá ser determinada a partir deste dado.
(Desconsidere os passos 3 e 4 se o sistema já estiver com óleo alquilbenzeno ou em casos onde não se quer trocar o óleo mineral. Leia a sessão
lubrificantes para maiores informações)
3.Drenar o óleo mineral do sistema e medir o volume removido. Uma simples troca de óleo é suficiente para retirar o óleo mineral do sistema (leia a
seção lubrificantes para informações adicionais). Se o sistema operar com óleo mineral , este terá que ser drenado. Para isto pode ser necessário
remover o compressor do sistema , particularmente quando se tratar de compressores herméticos pequenos que não possuem pontos de drenagem .
Neste caso o lubrificante deve ser retirado a partir do ponto de sucção do compressor .Desta forma retira-se quase todo o lubrificante . em sistemas
maiores poderá ser necessário o óleo em pontos adicionais do sistema principalmente em pontos baixos ao redor do evaporador , que removera de 50 a
80%do óleo lubrificante . Em sistema com o separador de óleo , qualquer lubrificante presente no separador deverá ser drenado também.
4.Adicionar lubrificante AB; utilizar o mesmo volume no passo 3. Na maioria dos casos o lubrificante substituto será o AB ou talvez o POE. Carregue o
compressor com o novo lubrificante no mesmo volume do lubrificante no passo 3. Utilize um lubrificante com viscosidade recomendado pelo fabricante do
compressor de acordo com o fluido refrigerante Suva® utilizado ; ou utilize lubrificante com viscosidade similar ao óleo mineral removido se informações
sobre o compressor não estiverem disponíveis .
5.Substituir o filtro/secador. Este procedimento é uma pratica bastante comum durante as manutenções dos equipamentos. O filtro/secador deve ser
compatível com o fluido refrigerante Suva® a ser utilizado. Para maiores detalhes veja a seção sobre filtro/secador.
6.Evacuar o sistema e verificar se há vazamento. Use praticas adequadas de trabalho. Para remover o ar ou outros elementos não condensáveis do
sistema , recomenda-se que o sistema seja evacuado até atingir vácuo total (29,9pol. Hg vácuo ou menos de10Kpa). Não utilize misturas de fluido
refrigerante com ar para verificação de vazamentos . estas misturas podem se tornar combustíveis .
7.Carregar o fluido refrigerante Suva®. Remover apenas o líquido do cilindro. A posição mais adequada para remoção de fluido líquido está indicada setas
na etiquetas do cilindro e na caixa do cilindro. Uma vez retirado o fluido na fase liquida , o refrigerante pode ser carregado no sistema na fase liquida ou
gasosa como desejado . utilize medidores de pressão ou válvulas de restrição para transformar a fase liquida em vapor se necessário.
Em geral , os sistemas de refrigeração necessitam de menor quantidade de fluidos refrigerantes Suva® que o CFC-12. A carga ideal irá depender do
projeto do sistema e das condições de operação , mais para a maioria dos sistemas a carga ideal estará na faixa de 75-90% da carga original de CFC-
12. Para substituições em sistema que utilizem o R-500, carga de Suva® MP66 deverá ser um pouco maior .aproximadamente 5% maior que a carga
original de R-500.
Para melhores resultados :
-É recomendado que o sistema seja carregado inicialmente com 75% em peso de carga original . Para substituição do R-500 com o Suva® MP66,
considere inicialmente a mesma carga.
- Adicione inicialmente o refrigerante Suva® pelo lado de alta pressão do sistema (compressor não funcionando) : até a equalização da pressão do
cilindro e do sistema . Em seguida faça a carga do fluido refrigerante lentamente pelo lado de baixa pressão , com o compressor ligado . Você deverá
remover o fluido refrigerante do cilindro na fase liquida e deverá fazer a carga lentamente permitindo que o fluido refrigerante vaporize antes entrar na
sucção do compressor evitando danos ao compressor.
Iniciar o sistema , o tamanho da carga . Etiquetar o sistema identificando o fluido refrigerante e lubrificante a ser utilizado. Inicie o sistema e deixe-o
estabilizar . Se o sistema apresentar falta de fluido refrigerante adicione mais Suva® em pequenas quantidades (retirando fase liquida do cilindro) até o
sistema apresente condições desejadas. Observe os gráficos de pressão-temperatura neste boletim para comparar as pressões temperaturas para o
fluido refrigerante Suva® que estiver sendo utilizado . Os fluidos refrigerantes Suva® são mais cessíveis do tamanho da carga do que os CFCs. A
performance do sistema irá mudar rapidamente se o sistema estiver sobre carregado ou com pouca carga . Visores de liquido na linha podem ser
utilizados na maioria dos casos como referencia , mas a carga correta do sistema deverá ser determinada medindo-se as condições de operação do
sistema (pressões de sucção e descarga temperatura na linha de sucção, amperagem do motor do compressor , superaquecimento , etc...). A carga do
sistema tomando-se como referência o visor líquido poderá levar a uma sobrecarga do fluido refrigerante.
J.P.Gomes
Artigo cedido pela Climoar Com. Impor. Serviço Ltda / Dupont
1) Não trabalhe em locais com altas concentrações de vapores do fluido refrigerante. Sempre mantenha ventilação adequada na área de trabalho. Não
respire os vapores. Não respire fluido refrigerante com lubrificante provenientes de vazamentos do sistema. Ventile a área depois de qualquer vazamento
antes de entrar no local.
Não utilize detetores manuais de vazamentos para checar concentração de ar respirável. Estes detetores não foram projetados para determinar se a
concentração de ar é segura para respiração humano. Utilize monitoradores de oxigênio para garantir que a concentração e suficiente para sustentar vida
humana no local.
Não utilize chamas ou maçarico para localizar vazamentos . Não utilize também chamas para determinar altas concentrações do fluido refrigerante.
Chamas em contato direto com o fluido podem produzir compostos ácidos e que podem ser perigosos. Não utilize tochas para detectar vazamentos.
Antigas tochas de haletos se baseiam na presença de cloro que podem não estar presentes com os novos fluidos refrigerantes. Utilize um detetor
eletrônico de vazamento projetado para localizar o fluido refrigerante que estiver sendo utilizado.
Se detectado uma visível mudança no tamanho ou cor da chama de um maçarico durante o reparo de um equipamento , pare o trabalho imediatamente e
deixe o local . Ventile o local de trabalho e estanque o vazamento do fluido antes de voltar ao procedimento normal de trabalho . esta mudança de
característica da chama pode ser um indicativo da presença de altas concentrações de fluido refrigerante, e se o local não for adequadamente ventilado e
a exposição for continuada pode ocorrer danos à saúde humana e até ser fatal.
Nota: qualquer fluido refrigerante pode ser perigoso se não usado corretamente . Os riscos incluem líquidos e vapores sob pressão e queimaduras por frio
em caso de vazamento de líquidos.
Superexposições : a altas concentrações de vapores podem causar asfixia e parada cardíaca . leia todas as informações sobre a segurança antes de
manusear qualquer fluido refrigerante.
Para maiores detalhes sobre propriedades , usos , estocagem e manuseio dos fluidos refrigerantes Suva® leia o boletim Técnico P-HP da Dupont ou
outra literatura especifica para estes produtos. Leia a folha de dados de seguranças do material (MSDS) para maiores informações sobre seguranças
para cada fluido refrigerante . O boletim de segurança AS-1 da Dupont também traz informações adicionais sobre segurança no manuseio dos fluidos
refrigerantes.
Lubrificantes e filtros Secadores
Lubrificantes
A seleção do lubrificante mais adequada é baseada em diversos fatores , incluindo se o tipo de compressor , compatibilidade de material . miscibilidade
entre o lubrificante e o fluido refrigerante que poderá afetar o retorno de óleo para o compressor . Antes de começar o retofit , consulte o fabricante do
compressor para seleção do lubrificante mais adequado para seu compressor.
Tanto os lubrificantes a base de alquibenzeno poliolester podem ser utilizados com os fluidos refrigerantes Suva® apresentados neste artigo. Em alguns
casos ;óleo mineral também é aceitável.
Para favorecer o mais adequado retorno de óleo , uma simples mudança do óleo mineral para o óleo alquibenzeno da mesma viscosidade é
recomendada . Essa troca normalmente substituirá de 50 a 80% do óleo mineral , o que satisfaz as recomendações e os requisitos da maioria dos
fabricantes de compressores .
A experiência de campo tem mostrado que os fluidos refrigerantes Suva® MP39, 409A, MP66 e HP81 não apresentam problemas de operação
mantendo-se o óleo mineral já existente em muitos sistemas pequenos e compactos onde o retorno de óleo não é problema. Exemplos : refrigeradores
domésticos, expositores de laticínios, máquinas de bebidas. Entre tanto a troca de óleo pode ser necessária em sistemas que tenham insuficiente retorno
de; óleo, em casos onde o evaporador se encontra distante do compressor , ou o evaporador esta baixo do compressor, ou ainda se a velocidade na
tubulação for muito baixa.
Filtro Secador
Troque o filtro durante o retrofit . Este é um procedimento padrão para a manutenção do sistema do sistema de refrigeração . Existem dois tipos de filtros
secadores normalmente usados: secadores de enchimento solto e secadores de núcleo sólido.
Substitua o secador por um compatível com o fluido refrigerante a ser utilizado . Verifique no filtro secador informações sobre compatibilidade com o fluido
refrigerante.
Informações Gerais
Modificações no sistema
As composições dos fluidos refrigerantes Suva® apresentados neste boletim foram determinadas visando performance equivalentes aos fluidos que
estarão sendo substituídos , em termos de capacidade de refrigeração e eficiência energética . Assim sendo , mínimas modificações são necessárias
para se executar o retofit . Os fluidos refrigerantes Suva® discutidos neste artigo são quase-aseotrópicos, conseqüentemente a composição de vapor no
cilindro é diferente da composição do liquido . Esta pequena diferença não ira afetar a performance do equipamento em sistemas de expansão direta
mais poderá afetar a performance de sistemas com evaporadores inundados . Em geral estes fluidos refrigerantes não são recomendados para sistemas
com compressores centrifugados ou sistemas com evaporador inundado.
Retrofits em sistemas com CFC-12, CFC-500 ou CFC-502 para fluidos alternativos como HCFC-22 ou HFC-134 a poderão exigir necessitarão múltiplas
trocas de óleo ou ainda maiores modificações em equipamentos já existentes . Para alguns sistemas , este custo adicional pode ser grande .
Nota: os fluidos refrigerantes Suva® não foram desenvolvidos para uso e conjunto com outros fluidos refrigerantes e aditivos que não tenham sido
claramente especificados pela Dupont ou pelo fabricante do equipamento . A mistura de fluidos Suva® com fluidos CFC ou a mistura de diferentes fluidos
alternativos podem resultar em efeitos adversos no sistema . Não se deve completar a carga de CFC com qualquer fluido refrigerante Suva®
Informações para recuperação
A maioria dos equipamentos para recuperação é reciclagem utilizada para o R-12 , R-500 e R-502 podem ser usadas com o fluido refrigerantes Suva® .
Use procedimentos adequados para evitar a contaminação cruzada durante a mudança do recolhimento de um fluido para outro , quando utilizando o
mesmo equipamento . A maioria das maquinas para recuperação e reciclagem pode ser usada com o mesmo óleo de compressor que eram usados com
CFC-12, CFC-500 e CFC-502. No entanto , algumas modificações podem ser necessárias , como por exemplo um diferente tipo de secador ou um
indicador de umidade. Consulte o fabricante do equipamento para recomendações específicas.
O Suva® MP39 e o Suva® MP66 podem ser recuperados no mesmo cilindro.
O Suva® HP80 e o Suva® HP81 podem ser recuperados no mesmo cilindro.
O que esperar após o retrofit?
A tabela a baixo mostra as mudanças aproximadas na performance de um sistema convertido para um fluido alternativo. Estes valores são uma
referencia geral para o comportamento de um sistema sendo que a performance real poderá variar para cada sistema.
Suva® MP39 , Suva® 409A Suva® MP66 , são comparados ao R-12 HP80, Suva® 408A , e Suva® HP81 são comparados ao R-502
Selecione o check-list de acordo com o fluido refrigerante a ser utilizado:
1-Determine o desempenho do equipamento com o CFC.
2-Remover o CFC do sistema para um cilindro de recuperação. Pese a quantidade removida se possível.
3-Drene o óleo mineral do sistema e meça o volume removido. Pule os passos 3 e 4 se o sistema já estiver com óleo alquilbenzeno ou caso não se
queira trocar o óleo mineral.
4-Carregue o lubrificante Alquilbenzeno: utilize o mesmo volume retirado no passo 3.
5-Troque o filtro/secador.
6-Evacue o sistema e verifique se há vazamentos.
7-Carregue o sistema com o fluido refrigerante. Retirar do cilindro apenas o fluido refrigerante na fase líquida. Normalmente a carga do fluido alternativo é
de 75 a 90% da carga do CFC.
8-Acione o equipamento e ajuste a carga até atingir as condições de operação desejadas. Etiquete o sistema identificando qual fluido refrigerante e o óleo
lubrificante utilizado.
Retrofit de sistema R-12 para o Suva® MP39 Suva® 409A, ou Suva® MP66 (e R-500 para Suva® MP66).
A seguir , procedimento detalhado recomendado para retrofit de um sistema de CFC-12 para Suva® 409A e Suva® MP66 e também um sistema de R-
500 para Suva® MP66.
1.Estabelecer referência de desempenho com CFC. Coletar dados de desempenho do sistema enquanto o fluido CFC ainda estiver no sistema. Verifique
as condições de operação e quantidade de gás então corretos. Estes dados de temperatura e pressões nos vários pontos do sistema (evaporador ,
condensador , aspiração e descarga do compressor , dispositivo de expansão , etc...) e temperaturas operacionais e condições ambientais especificas
serão úteis para otimizar a operação do sistema com o fluido Suva® . Encontra-se com anexo um formulário para coleta de dados do sistema.
2.Remover o CFC do sistema para o cilindro de recuperação. O CFC deve ser retirado do sistema e coletado em um cilindro de recuperação um
dispositivo de extração com capacidade de tiragem de 10-15 pol de Hg vácuo (30-35Kpa). Caso não se saiba a carga do sistema , pese a quantidade de
fluido refrigerante removido. A quantidade de fluido refrigerante a ser carregado poderá ser determinada a partir deste dado.
(Desconsidere os passos 3 e 4 se o sistema já estiver com óleo alquilbenzeno ou em casos onde não se quer trocar o óleo mineral. Leia a sessão
lubrificantes para maiores informações)
3.Drenar o óleo mineral do sistema e medir o volume removido. Uma simples troca de óleo é suficiente para retirar o óleo mineral do sistema (leia a
seção lubrificantes para informações adicionais). Se o sistema operar com óleo mineral , este terá que ser drenado. Para isto pode ser necessário
remover o compressor do sistema , particularmente quando se tratar de compressores herméticos pequenos que não possuem pontos de drenagem .
Neste caso o lubrificante deve ser retirado a partir do ponto de sucção do compressor .Desta forma retira-se quase todo o lubrificante . em sistemas
maiores poderá ser necessário o óleo em pontos adicionais do sistema principalmente em pontos baixos ao redor do evaporador , que removera de 50 a
80%do óleo lubrificante . Em sistema com o separador de óleo , qualquer lubrificante presente no separador deverá ser drenado também.
4.Adicionar lubrificante AB; utilizar o mesmo volume no passo 3. Na maioria dos casos o lubrificante substituto será o AB ou talvez o POE. Carregue o
compressor com o novo lubrificante no mesmo volume do lubrificante no passo 3. Utilize um lubrificante com viscosidade recomendado pelo fabricante do
compressor de acordo com o fluido refrigerante Suva® utilizado ; ou utilize lubrificante com viscosidade similar ao óleo mineral removido se informações
sobre o compressor não estiverem disponíveis .
5.Substituir o filtro/secador. Este procedimento é uma pratica bastante comum durante as manutenções dos equipamentos. O filtro/secador deve ser
compatível com o fluido refrigerante Suva® a ser utilizado. Para maiores detalhes veja a seção sobre filtro/secador.
6.Evacuar o sistema e verificar se há vazamento. Use praticas adequadas de trabalho. Para remover o ar ou outros elementos não condensáveis do
sistema , recomenda-se que o sistema seja evacuado até atingir vácuo total (29,9pol. Hg vácuo ou menos de10Kpa). Não utilize misturas de fluido
refrigerante com ar para verificação de vazamentos . estas misturas podem se tornar combustíveis .
7.Carregar o fluido refrigerante Suva®. Remover apenas o líquido do cilindro. A posição mais adequada para remoção de fluido líquido está indicada setas
na etiquetas do cilindro e na caixa do cilindro. Uma vez retirado o fluido na fase liquida , o refrigerante pode ser carregado no sistema na fase liquida ou
gasosa como desejado . utilize medidores de pressão ou válvulas de restrição para transformar a fase liquida em vapor se necessário.
Em geral , os sistemas de refrigeração necessitam de menor quantidade de fluidos refrigerantes Suva® que o CFC-12. A carga ideal irá depender do
projeto do sistema e das condições de operação , mais para a maioria dos sistemas a carga ideal estará na faixa de 75-90% da carga original de CFC-
12. Para substituições em sistema que utilizem o R-500, carga de Suva® MP66 deverá ser um pouco maior .aproximadamente 5% maior que a carga
original de R-500.
Para melhores resultados :
-É recomendado que o sistema seja carregado inicialmente com 75% em peso de carga original . Para substituição do R-500 com o Suva® MP66,
considere inicialmente a mesma carga.
- Adicione inicialmente o refrigerante Suva® pelo lado de alta pressão do sistema (compressor não funcionando) : até a equalização da pressão do
cilindro e do sistema . Em seguida faça a carga do fluido refrigerante lentamente pelo lado de baixa pressão , com o compressor ligado . Você deverá
remover o fluido refrigerante do cilindro na fase liquida e deverá fazer a carga lentamente permitindo que o fluido refrigerante vaporize antes entrar na
sucção do compressor evitando danos ao compressor.
Iniciar o sistema , o tamanho da carga . Etiquetar o sistema identificando o fluido refrigerante e lubrificante a ser utilizado. Inicie o sistema e deixe-o
estabilizar . Se o sistema apresentar falta de fluido refrigerante adicione mais Suva® em pequenas quantidades (retirando fase liquida do cilindro) até o
sistema apresente condições desejadas. Observe os gráficos de pressão-temperatura neste boletim para comparar as pressões temperaturas para o
fluido refrigerante Suva® que estiver sendo utilizado . Os fluidos refrigerantes Suva® são mais cessíveis do tamanho da carga do que os CFCs. A
performance do sistema irá mudar rapidamente se o sistema estiver sobre carregado ou com pouca carga . Visores de liquido na linha podem ser
utilizados na maioria dos casos como referencia , mas a carga correta do sistema deverá ser determinada medindo-se as condições de operação do
sistema (pressões de sucção e descarga temperatura na linha de sucção, amperagem do motor do compressor , superaquecimento , etc...). A carga do
sistema tomando-se como referência o visor líquido poderá levar a uma sobrecarga do fluido refrigerante.
J.P.Gomes
Redução da Produtividade
Reflexos do Excesso de Calor na Saúde, e na Redução da Produtividade
Eng. Marcus Vinicius Ciocci
ADD ELECTRONICS- - fone 0xx 11 5668-6121
1 – Saúde e Calor
A combinação de altas temperaturas (significativamente acima do normal) e umidade relativa alta
podem reduzir drasticamente a capacidade do corpo humano de manter a sua temperatura interna
correta. Exposições prolongadas em ambientes com temperatura excessiva e umidade alta podem
causar cãimbras, esgotamento, fadiga térmica, e até danos ao cérebro – AVC ( Acidente Vascular
Cerebral ). Para alguns, especialmente para os idosos e infermos o calor em excesso pode causar a
morte.
O Índice de Calor (IC), também chamado de "Temperatura Aparente", é uma medida de como a
umidade associada à altas temperaturas reduz a capacidade do corpo em manter-se frio. O IC é a
sensação térmica que o corpo humano interpreta quando a umidade e/ou temperatura fogem dos
níveis normais. Por exemplo, se a temperatura do ar é de 34°C, e a umidade é de 50% o efeito
destas condições no corpo eqüivale a uma temperatura de 39,5°C. A premissa para o cálculo do
Índice de Calor é que, a pessoa a ser avaliada, esteja á sombra, ao nível do mar, e com vento de 10
Km/h. Exposições ao sol podem aumentar o IC entre 3° e 8°C. Variações na velocidade do vento
normalmente tem pequeno efeito sobre o IC.
A tabela abaixo mostra a Temperatura Aparente (IC) com base na Temperatura do Ar e a Umidade
Relativa do Ambiente.
Temperatura do Ar (°C)
32 34
Temperatura Aparente (°C) - Índice de Calor
O grau de stress causado pelo calor pode variar com a idade, saúde, e características do corpo.
Abaixo estão listados alguns possíveis sintomas de stress térmico associado a intervalos de
Temperatura Aparente (IC)
Temp. Aparente
27° – 32°C
32° – 41°C
Nível de Perigo
Atenção
Muito cuidado Perigo
Síndrome de Calor ( sintomas)
Possível fadiga em casos de exposição
prolongada e atividade física
Possibilidade de cãimbras ,esgotamento, e
insolação para exposições prolongadas e
atividade física
Cãimbras, insolação, e esgotamento prováveis.
Possibilidade de dano cerebral (AVC) para
exposições prolongadas com atividade física.
Mais que 54°C
2 – Produtividade e Calor
Extremo Perigo
Insolação e Acidente Vascular Cerebral (AVC)
iminente
As perdas na produtividade por excesso de calor foram analisadas pela NASA (report CR-1205-1)
veja tabela abaixo. O relatório conclui por ex. que quando a temperatura da área de trabalho atinge
30°C a produtividade cai cerca de 20% e há um aumento de 75% na freqüência de erros.
Temperatura (°C)
26 28
Produtividade (%)
-6,5 -12,5 -20,0 -28,5 -39,0 -51,0 -64,5 -
76,5
Freqüência de erros
(%) *
+3,5 +12 +75 +270
+550 > +700 -
* Ex. se o nível de erros é 1/200 (0,5%) a 24°C o nível de erros passará para 3,7/200 ( 1,85%) a
32°C
Este artigo foi compilado a partir das seguintes publicações:
Excessive Heat and Worker Safety – Universidade da Pensilvania
NASA Report CR- 1205-VOL-1 "Compendium of Human Responses to the Aerospace Environment"
J.P.Gomes
Eng. Marcus Vinicius Ciocci
ADD ELECTRONICS- - fone 0xx 11 5668-6121
1 – Saúde e Calor
A combinação de altas temperaturas (significativamente acima do normal) e umidade relativa alta
podem reduzir drasticamente a capacidade do corpo humano de manter a sua temperatura interna
correta. Exposições prolongadas em ambientes com temperatura excessiva e umidade alta podem
causar cãimbras, esgotamento, fadiga térmica, e até danos ao cérebro – AVC ( Acidente Vascular
Cerebral ). Para alguns, especialmente para os idosos e infermos o calor em excesso pode causar a
morte.
O Índice de Calor (IC), também chamado de "Temperatura Aparente", é uma medida de como a
umidade associada à altas temperaturas reduz a capacidade do corpo em manter-se frio. O IC é a
sensação térmica que o corpo humano interpreta quando a umidade e/ou temperatura fogem dos
níveis normais. Por exemplo, se a temperatura do ar é de 34°C, e a umidade é de 50% o efeito
destas condições no corpo eqüivale a uma temperatura de 39,5°C. A premissa para o cálculo do
Índice de Calor é que, a pessoa a ser avaliada, esteja á sombra, ao nível do mar, e com vento de 10
Km/h. Exposições ao sol podem aumentar o IC entre 3° e 8°C. Variações na velocidade do vento
normalmente tem pequeno efeito sobre o IC.
A tabela abaixo mostra a Temperatura Aparente (IC) com base na Temperatura do Ar e a Umidade
Relativa do Ambiente.
Temperatura do Ar (°C)
32 34
Temperatura Aparente (°C) - Índice de Calor
O grau de stress causado pelo calor pode variar com a idade, saúde, e características do corpo.
Abaixo estão listados alguns possíveis sintomas de stress térmico associado a intervalos de
Temperatura Aparente (IC)
Temp. Aparente
27° – 32°C
32° – 41°C
Nível de Perigo
Atenção
Muito cuidado Perigo
Síndrome de Calor ( sintomas)
Possível fadiga em casos de exposição
prolongada e atividade física
Possibilidade de cãimbras ,esgotamento, e
insolação para exposições prolongadas e
atividade física
Cãimbras, insolação, e esgotamento prováveis.
Possibilidade de dano cerebral (AVC) para
exposições prolongadas com atividade física.
Mais que 54°C
2 – Produtividade e Calor
Extremo Perigo
Insolação e Acidente Vascular Cerebral (AVC)
iminente
As perdas na produtividade por excesso de calor foram analisadas pela NASA (report CR-1205-1)
veja tabela abaixo. O relatório conclui por ex. que quando a temperatura da área de trabalho atinge
30°C a produtividade cai cerca de 20% e há um aumento de 75% na freqüência de erros.
Temperatura (°C)
26 28
Produtividade (%)
-6,5 -12,5 -20,0 -28,5 -39,0 -51,0 -64,5 -
76,5
Freqüência de erros
(%) *
+3,5 +12 +75 +270
+550 > +700 -
* Ex. se o nível de erros é 1/200 (0,5%) a 24°C o nível de erros passará para 3,7/200 ( 1,85%) a
32°C
Este artigo foi compilado a partir das seguintes publicações:
Excessive Heat and Worker Safety – Universidade da Pensilvania
NASA Report CR- 1205-VOL-1 "Compendium of Human Responses to the Aerospace Environment"
J.P.Gomes
DESMAGNETIZAÇÃO ADIABÁTICA
Opção econômica e ecológica para refrigeração
Pedro Jorge von Ranke Perlingeiro
Departamento de Eletrônica Quântica, Instituto de Física,
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Os sistemas de refrigeração (geladeiras, freezers e condicionadores de ar), embora indispensáveis à vida moderna, constituem um risco ao meio
ambiente. Em geral, eles funcionam à base de gases que, se liberados na atmosfera, causam danos à camada de ozônio, que protege os seres vivos
dos raios ultravioleta. Por isso, vêm sendo buscadas alternativas mais ecológicas e de custo viável. A opção mais promissora parece ser a refrigeração
magnética, que, graças a descobertas e avanços técnicos recentes, poderá em futuro próximo substituir os refrigeradores convencionais, tornando-se
parte do dia-a-dia da humanidade.
Os refrigeradores comerciais utilizados hoje em indústrias, casas comerciais e mesmo em residências funcionam com base na compressão e
descompressão de um gás. Ao ser comprimido, o gás perde calor. Em seguida, é descomprimido e passa por uma tubulação nas paredes internas do
refrigerador, absorvendo calor do ar ali presente. A repetição do processo reduz a temperatura interna até o nível desejado. O gás usado geralmente é
um freon, nome dado a compostos de cloro, flúor e carbono (os chamados CFCs) ou de hidrogênio, cloro, flúor e carbono (os HCFCs). Tais gases, no
entanto, são apontados como os principais responsáveis pela destruição da camada de ozônio existente na atmosfera, que protege todos os seres vivos
da radiação ultravioleta produzida pelo Sol.
A crescente conscientização da sociedade em relação ao risco ambiental do uso dos freons tem impulsionado a busca de métodos alternativos de
refrigeração. Uma hipótese mais óbvia seria o emprego de outros tipos de gases ou líquidos, menos poluentes, mas os compostos testados não
apresentam a mesma eficiência de refrigeração ou envolvem altos custos. A solução pode estar na refrigeração magnética, processo que até
recentemente só era usado em pesquisas científicas, em função do custo elevado e de limitações na eficiência de refrigeração na faixa da temperatura
ambiente. Esse método começa a se tornar uma opção viável, a partir do maior conhecimento dos fenômenos magnéticos da matéria, e sobretudo da
obtenção de novos materiais ativos. A diferença básica entre o resfriamento por compressão-descompressão de um gás e o resfriamento magnético é
que, nesse último, a substância ativa (um composto magnético) emite calor ao ser submetida à aplicação de um campo magnético, e absorve calor
quando o campo é removido -- efeito magnetocalórico.
Um método revolucionário
Reduzir a temperatura de uma substância a valores bem próximos do zero absoluto (zero na escala Kelvin, equivalente a -273°C) foi, durante muito
tempo, um desafio para a ciência. Nos anos 20, os poucos laboratórios que trabalhavam com essa técnica usavam o gás nobre hélio liquefeito para esse
resfriamento, mas a menor temperatura conseguida era de 1,5 K (-271,5°C). Foi nessa época que o físico holandês Peter Debye (1884-1966) e o químico
norte-americano William F. Giauque (1895-1982) propuseram um novo e revolucionário processo, que permitiria reduzir a temperatura absoluta de um
corpo abaixo de 1 K (-272°C).
O método proposto baseava-se não na compressão e descompressão de um gás, mas na magnetização e desmagnetização de um sal paramagnético,
usado como substância ativa (ou AMR, de active magnetic regenerator). O termo ‘ativo’ significa que um campo magnético é aplicado (ao sal) e removido
para compor o ciclo de perda e ganho de temperatura (ciclo termodinâmico). O resfriamento, nesse caso, é obtido sem troca de calor (ou seja, de modo
‘adiabático’) com o meio externo, ao contrário do que ocorre com os gases.
A descoberta de materiais ativos mais eficientes e os avanços da técnica de desmagnetização adiabática -- em especial a ativação e desativação da
magnetização dos núcleos dos atomos -- tornaram possível atingir temperaturas de microkelvin, ou seja, até um décimo-milésimo de grau acima do zero
absoluto. A possibilidade de atingir baixíssimas temperaturas abriu as portas para o estudo, antes inimaginável, de novos fenômenos e efeitos da matéria.
A técnica de refrigeração-aquecimento por desmagnetização-magnetização adiabática vem sendo constantemente aperfeiçoada. Os avanços nesse
campo baseiam-se em novos conhecimentos teóricos, concentrados na elaboração e na compreensão de modelos quântico-estatísticos que descrevem
compostos e ligas magnéticas, e em resultados experimentais, sobretudo a obtenção de novos materiais ativos de elevado efeito magnetocalórico e com
alto grau de pureza.
Em 1976, G. V. Brown idealizou um refrigerador magnético usando um material ativo à base de gadolínio (elemento químico das terras-raras), capaz de
funcionar na faixa de temperatura dos refrigeradores comerciais. Com esse equipamento, a temperatura poderia ser reduzida de 319 K (46°C) para 272 K
(-1°C) com uma grande vantagem ecológica: sem usar CFCs ou HCFCs. Assim, pelo menos em potencial, o trabalho de Brown deu o primeiro passo
para a exploração comercial dessa técnica, apropriada para uma época com crescentes conscientizações de natureza ecológica.
Além de dispensar o uso de gases poluentes, a refrigeração magnética é produzida com menor perda de energia. Refrigeradores convencionais,
baseados na compressão-descompressão de um gás, podem atingir 40% de eficiência, enquanto a eficiência estimada para um refrigerador magnético
deve atingir de 50% a 60%. A eficiência mede a razão entre o calor retirado do interior de um refrigerador e a energia gasta para isso. O percentual
indica a relação entre o valor obtido para eficiência de um refrigerador real e o valor máximo para eficiência de um refrigerador ideal (eficiência de
Carnot). A eficiência de todo refrigerador real será menor que a de Carnot, em função de perdas no processo.
O alinhamento dos íons
O material ativo (ou AMR) -- em geral compostos magnéticos que incluem terras raras (série dos lantanídeos) -- é formado por íons magnéticos, que
podem ser vistos como pequenos ímãs em uma rede cristalina. Essa rede exibe repetições periódicas onde os átomos magnéticos (setas) e os não-
magnéticos (esferas) ocupam posições (sítios) bem localizadas. Os íons magnéticos podem interagir entre si de modo direto ou através de elétrons de
condução. Tais elétrons não são localizados, isto é, não pertencem especificamente a um sítio da rede e podem fazer a ‘comunicação’ (interação de
troca) entre os átomos da rede.
Se o material é colocado entre os pólos de um eletroimã (que gera um campo magnético), os pequenos imãs tendem a se alinhar na direção do campo
(como a agulha da bússola alinha-se com o campo magnético da Terra), dando origem a um estado mais organizado, ou de menor entropia. Em uma
conceituação bastante simplificada, a entropia é a medida do grau de ordem de um sistema. Assim, a configuração dos íons magnéticos no material
inicial apresenta alta entropia magnética (alto grau de desordem), mas após a aplicação do campo a entropia magnética é bem pequena (baixo grau de
desordem).
Dependendo da natureza do material, o alinhamento surge mesmo sem a aplicação de um campo magnético, bastando resfriar esse material abaixo de
uma temperatura crítica, denominada temperatura de Curie (TC) -- descoberta feita pelo físico francês Pierre Curie (1859-1906). Isso ocorre porque as
interações microscópicas entre os íons magnéticos (interação de troca), e entre os íons e a rede cristalina, levam a uma configuração de ordem
magnética espontânea. A configuração inicial caracteriza a fase paramagnética, em que os pequenos ímãs (spins dos íons) têm orientações aleatórias
(alta entropia). Já na fase magnética espontaneamente ordenada (baixa entropia) a ordem direcional não é aleatória, ou seja, o material está
magnetizado.
A temperatura de Curie marca o limite das fases. Se a temperatura do material é maior que a de Curie (T > TC), ele permanece na fase desordenada
paramagnética (desde que não seja aplicado um campo magnético). Se o material é resfriado abaixo da temperatura de Curie (T < TC), passa para a
fase ordenada ferromagnética. Os efeitos magnetocalóricos nos compostos ferromagnéticos são maiores em torno da temperatura de Curie (diferente para
cada material).
Como entender o processo
A maneira mais simples de explicar o que ocorre na refrigeração magnética é pela análise de um gráfico que relaciona a entropia e a temperatura do
material ativo (AMR), na ausência e na presença de um campo magnético externo, gerado por um eletroímã. As curvas desse gráfico deixam claro que o
aumento da temperatura provoca crescimento da entropia e que, ao contrário, a aplicação do campo ordena os íons magnéticos, diminuindo a entropia.
O processo de resfriamento magnético começa no estado A, quando o AMR é colocado a uma certa temperatura (TQ) -- por exemplo, 1 K (-272°C), o
que pode ser feito através do contato térmico com hélio líquido. Em seguida é aplicado um campo magnético para diminuir a entropia do material, que
evolui para o estado B. Isso é feito mantendo a temperatura do AMR constante (processo isotérmico) -- no exemplo (TQ = 1 K), o material permanece em
contato com o hélio líquido. Sem esse contato, a temperatura do material aumentaria, como acontece quando o gás é comprimido, em refrigeradores
convencionais -- da mesma forma, a bomba de ar usada para encher o pneu de uma bicicleta esquenta após algumas ‘bombadas’.
Atingido o estado B, isola-se termicamente o AMR (eliminando-se o contato) e retira-se o campo magnético. Isso provoca uma redução na temperatura,
sem troca de calor com o exterior (processo adiabático), pois o material está isolado termicamente. Sem qualquer variação na entropia, o sistema passa
do estado B para o estado C e atinge uma temperatura final (TF) menor do que a inicial (TQ).
A teoria é simples, mas a refrigeração magnética, na prática, ainda exige um aparato sofisticado, por trabalhar com temperaturas muito baixas. Assim, o
AMR precisa ser colocado em um volume cilíndrico, sustentado por um suporte de baixa condutividade térmica dentro de um contêiner que contém um
gás que pode ser retirado por uma válvula. Esse contêiner é mergulhado em hélio líquido dentro de um vaso de Dewar, recipiente semelhante a uma
garrafa térmica, com as paredes interna e externa separadas por vácuo -- o nome homenageia o físico escocês James Dewar (1842-1923), seu inventor.
O gás, que permite o contato térmico entre o material ativo (AMR) e o hélio líquido, é colocado no contêiner e a válvula é fechada. Com isso, o AMR é
mantido a uma certa temperatura (no caso, TQ = 1 K), mas os spins dos íons magnéticos continuam desordenados (fase paramagnética). Esse estágio
(A) equivale ao estado A do gráfico entropia versus temperatura. Em seguida, aplica-se o campo magnético, que alinha os spins e diminui a entropia do
material sem alterar sua temperatura. Esse estágio (B) corresponde ao estado B do mesmo gráfico.
Em seguida, a válvula é aberta e o gás que faz o contato térmico do AMR com o hélio líquido é retirado. O material ativo fica isolado termicamente mas
ainda em presença do campo magnético que ordena seus íons magnéticos. Finalmente, o campo é retirado, provocando a redução da temperatura, sem
troca de calor (processo adiabático). Esse último estágio (D) corresponde ao ponto C do gráfico.
Entretanto, isso não basta para fazer funcionar um refrigerador magnético semelhante ao refrigerador convencional, que precisa retirar calor gradualmente
de um volume (o espaço interno do aparelho). Para isso, é preciso reproduzir o ciclo termodinâmico completo -- um exemplo é o conhecido ciclo de
Carnot, descoberto pelo físico francês Sadi Carnot (1796-1832).
A descrição das etapas do ciclo de Carnot (A’ ® B ® C’ ® D ® A’) revela como funcionaria um refrigerador magnético. Para acionar o processo A’ ® B
(isotérmico, ou seja, sem variação na temperatura), o material ativo é posto em contato, por uma chave térmica (I), com um meio quente (o meio externo,
por exemplo) e o campo magnético é aumentado. Com isso, uma pequena quantidade de calor sai do AMR e é ‘jogada’ para fora do refrigerador. No
processo B ® C’ (adiabático, ou seja, sem troca de calor) a chave térmica (I) é desligada e o campo magnético reduzido, o que diminui a temperatura do
material.
Em seguida, liga-se a outra chave térmica (II), que conecta o material com o interior do refrigerador, e desliga-se por completo o campo magnético,
levando ao processo C’ ® D, também isotérmico. Com isso, uma pequena quantidade de calor sai desse espaço interno e é ‘jogada’ para o material ativo.
Finalmente, desligando essa segunda chave térmica e aumentando o campo magnético, ocorre o processo D ® A’ (também adiabático), retornando ao
estado inicial A’. Assim, para cada ciclo completo (A’ ® B ® C’ ® D ® A’), uma pequena quantidade de calor sai do interior do refrigerador para o material
ativo e é lançada no meio externo.
As duas chaves térmicas representam os trocadores de calor, um material (sólido, líquido ou gás) bom condutor de calor. A variação da temperatura
depende fortemente da natureza do material (AMR) usado e dos estados escolhidos para formar o ciclo termodinâmico fechado, que faz funcionar o
refrigerador.
A escolha do material ativo
Quanto maior for a variação de temperatura do material ativo (AMR) no ciclo termodinâmico e maior a quantidade de calor retirada do espaço interno,
maior será a eficiência do refrigerador magnético. Vários métodos experimentais permitem determinar o potencial magnetocalórico dos AMRs, mas um
dos mais completos é a medida do calor específico, usando-se um calorímetro. O calor específico de uma amostra indica como a sua temperatura varia
quando ela absorve ou elimina calor.
A medição dos calores específicos da amostra na ausência e na presença de um campo magnético permite construir as curvas das entropias, em
relação à temperatura. Com os valores da entropia na ausência do campo (S0) e na presença dele (Sm), pode-se obter os valores da variação da
temperatura no processo adiabático (D Tad) e da variação da entropia no processo isotérmico (D Smag), necessários para determinar os efeitos
magnetocalóricos dos AMRs.
De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a quantidade de calor (D Q) que pode ser retirada de um material, em uma temperatura absoluta T, está
relacionada com a variação da entropia (D Q £ T.D S) -- a igualdade só acontece em um processo reversível (ideal). Para conseguir grande capacidade
de refrigeração, é preciso otimizar o ciclo termodinâmico, obtendo ao mesmo tempo as variações máximas de entropia magnética (D Smag) e de
temperatura (D Tad).
Os valores dessas variações (D Smag e D Tad), no entanto, mudam de acordo com a temperatura do material. Isso pode ser comprovado através dos
gráficos de valores teóricos e experimentais da variação da entropia (D Smag) e da variação da temperatura (D Tad), em relação à temperatura do
material, obtidos para o composto intermetálico ErAl2 com a aplicação de campos magnéticos de diferentes intensidades -- os resultados foram obtidos
no Laboratório de Ames, da Universidade Estadual de Iowa (Estados Unidos).
Em compostos ferromagnéticos, os valores máximos para as duas variações (D Smag e D Tad) ocorrem em geral na temperatura de Curie (TC) -- no
ErAl2, essa temperatura é de cerca de 13 K. A razão para isso é que, próximo da TC, as duas tendências opostas (a de ordenamento, decorrente da
interação de troca entre os íons magnéticos, e a de desordem, devida à vibração térmica da rede) são aproximadamente balanceadas. Assim, nessa
temperatura, a aplicação do campo magnético no AMR (isolado termicamente) aumenta muito a magnetização (a ordem dos íons), e portanto reduz a
entropia (Smag). Abaixo ou acima da TC, o efeito do campo é significativamente reduzido, como mostram os gráficos. Acima da TC é obtida apenas a
resposta paramagnética (o alinhamento dos íons com a aplicação do campo), e abaixo dessa temperatura a magnetização espontânea dos compostos
está próxima da saturação e não pode ser muito mais aumentada pela aplicação do campo magnético.
Qualquer material que apresente grande variação na entropia magnética (e temperatura) tem potencial para ser usado como AMR em um refrigerador
magnético. Na prática, porém, existe um problema: o material escolhido só permite resfriamento em uma faixa de temperatura bem definida (no caso do
ErAl2, essa faixa fica em torno 13 K). Para uma determinada aplicação, é necessário usar um ARM que reduza a temperatura, com eficiência, na faixa
desejada. Assim, um refrigerador magnético só funcionará na faixa de temperatura dos refrigeradores convencionais se o AMR apresentar uma grande
variação de entropia magnética (e de temperatura) na faixa próxima de zero grau Celsius (273 K).
Aplicações mais imediatas
Essa limitação impediu o uso eficiente da refrigeração magnética para reduzir temperaturas na faixa dos refrigeradores convencionais comerciais,
deixando essa tecnologia, por muitos anos, restrita aos laboratórios de universidades e centros de pesquisa. O maior obstáculo ao desenvolvimento dos
refrigeradores magnéticos é o alto custo da produção de campos magnéticos intensos, obtidos com materiais supercondutores. Em um futuro próximo (de
cinco a 10 anos), só será possível o uso comercial em refrigeradores de larga escala: freezers de supermercados e indústrias e grandes sistemas de ar-
condicionado.
Um protótipo do futuro refrigerador doméstico vem funcionando desde 1997 no Astronautics Technology Center, em Wisconsin (Estados Unidos). Essa
unidade usa água (de baixo custo, não-poluente, não-inflamável e com boa condutividade térmica) como elemento trocador de calor. Para obter
refrigeração abaixo de zero Celsius, temperatura na qual a água passa do estado líquido para o sólido (gelo), é adicionado anticongelante a esse
elemento.
Recentemente, os físicos Karl Gschneidner e Vitilij K. Pecharsky revelaram, na Physical Review Letters, a descoberta, pelo grupo de pesquisas do
Laboratório de Ames, da Universidade Estadual de Iowa (Estados Unidos), liderado por Gschneidner, de novo material refrigerante. O novo composto é
um metal com ricas propriedades magnéticas que reúne gadolínio, silício e germânio -- a fórmula química é Gd5(Si2Ge2) --, com uma temperatura de
Curie de 276 K (3°C) e um efeito magnetocalórico gigante. Por isso, pode operar em um ciclo de refrigeração na faixa de temperatura dos refrigeradores
convencionais.
Pesquisas de novos materiais magnéticos para AMRs também vêm sendo desenvolvidas pelo autor na Universidade do Estado do Rio de Janeiro, em
colaboração com o Laboratório de Ames. Gschneidner e seu grupo desenvolvem os estudos de vanguarda nessa área de conhecimento, que deverá ter
grande impacto aplicativo em um futuro próximo, reduzindo os custos dos refrigeradores e preservando a natureza.
J.P.Gomes
Opção econômica e ecológica para refrigeração
Pedro Jorge von Ranke Perlingeiro
Departamento de Eletrônica Quântica, Instituto de Física,
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Os sistemas de refrigeração (geladeiras, freezers e condicionadores de ar), embora indispensáveis à vida moderna, constituem um risco ao meio
ambiente. Em geral, eles funcionam à base de gases que, se liberados na atmosfera, causam danos à camada de ozônio, que protege os seres vivos
dos raios ultravioleta. Por isso, vêm sendo buscadas alternativas mais ecológicas e de custo viável. A opção mais promissora parece ser a refrigeração
magnética, que, graças a descobertas e avanços técnicos recentes, poderá em futuro próximo substituir os refrigeradores convencionais, tornando-se
parte do dia-a-dia da humanidade.
Os refrigeradores comerciais utilizados hoje em indústrias, casas comerciais e mesmo em residências funcionam com base na compressão e
descompressão de um gás. Ao ser comprimido, o gás perde calor. Em seguida, é descomprimido e passa por uma tubulação nas paredes internas do
refrigerador, absorvendo calor do ar ali presente. A repetição do processo reduz a temperatura interna até o nível desejado. O gás usado geralmente é
um freon, nome dado a compostos de cloro, flúor e carbono (os chamados CFCs) ou de hidrogênio, cloro, flúor e carbono (os HCFCs). Tais gases, no
entanto, são apontados como os principais responsáveis pela destruição da camada de ozônio existente na atmosfera, que protege todos os seres vivos
da radiação ultravioleta produzida pelo Sol.
A crescente conscientização da sociedade em relação ao risco ambiental do uso dos freons tem impulsionado a busca de métodos alternativos de
refrigeração. Uma hipótese mais óbvia seria o emprego de outros tipos de gases ou líquidos, menos poluentes, mas os compostos testados não
apresentam a mesma eficiência de refrigeração ou envolvem altos custos. A solução pode estar na refrigeração magnética, processo que até
recentemente só era usado em pesquisas científicas, em função do custo elevado e de limitações na eficiência de refrigeração na faixa da temperatura
ambiente. Esse método começa a se tornar uma opção viável, a partir do maior conhecimento dos fenômenos magnéticos da matéria, e sobretudo da
obtenção de novos materiais ativos. A diferença básica entre o resfriamento por compressão-descompressão de um gás e o resfriamento magnético é
que, nesse último, a substância ativa (um composto magnético) emite calor ao ser submetida à aplicação de um campo magnético, e absorve calor
quando o campo é removido -- efeito magnetocalórico.
Um método revolucionário
Reduzir a temperatura de uma substância a valores bem próximos do zero absoluto (zero na escala Kelvin, equivalente a -273°C) foi, durante muito
tempo, um desafio para a ciência. Nos anos 20, os poucos laboratórios que trabalhavam com essa técnica usavam o gás nobre hélio liquefeito para esse
resfriamento, mas a menor temperatura conseguida era de 1,5 K (-271,5°C). Foi nessa época que o físico holandês Peter Debye (1884-1966) e o químico
norte-americano William F. Giauque (1895-1982) propuseram um novo e revolucionário processo, que permitiria reduzir a temperatura absoluta de um
corpo abaixo de 1 K (-272°C).
O método proposto baseava-se não na compressão e descompressão de um gás, mas na magnetização e desmagnetização de um sal paramagnético,
usado como substância ativa (ou AMR, de active magnetic regenerator). O termo ‘ativo’ significa que um campo magnético é aplicado (ao sal) e removido
para compor o ciclo de perda e ganho de temperatura (ciclo termodinâmico). O resfriamento, nesse caso, é obtido sem troca de calor (ou seja, de modo
‘adiabático’) com o meio externo, ao contrário do que ocorre com os gases.
A descoberta de materiais ativos mais eficientes e os avanços da técnica de desmagnetização adiabática -- em especial a ativação e desativação da
magnetização dos núcleos dos atomos -- tornaram possível atingir temperaturas de microkelvin, ou seja, até um décimo-milésimo de grau acima do zero
absoluto. A possibilidade de atingir baixíssimas temperaturas abriu as portas para o estudo, antes inimaginável, de novos fenômenos e efeitos da matéria.
A técnica de refrigeração-aquecimento por desmagnetização-magnetização adiabática vem sendo constantemente aperfeiçoada. Os avanços nesse
campo baseiam-se em novos conhecimentos teóricos, concentrados na elaboração e na compreensão de modelos quântico-estatísticos que descrevem
compostos e ligas magnéticas, e em resultados experimentais, sobretudo a obtenção de novos materiais ativos de elevado efeito magnetocalórico e com
alto grau de pureza.
Em 1976, G. V. Brown idealizou um refrigerador magnético usando um material ativo à base de gadolínio (elemento químico das terras-raras), capaz de
funcionar na faixa de temperatura dos refrigeradores comerciais. Com esse equipamento, a temperatura poderia ser reduzida de 319 K (46°C) para 272 K
(-1°C) com uma grande vantagem ecológica: sem usar CFCs ou HCFCs. Assim, pelo menos em potencial, o trabalho de Brown deu o primeiro passo
para a exploração comercial dessa técnica, apropriada para uma época com crescentes conscientizações de natureza ecológica.
Além de dispensar o uso de gases poluentes, a refrigeração magnética é produzida com menor perda de energia. Refrigeradores convencionais,
baseados na compressão-descompressão de um gás, podem atingir 40% de eficiência, enquanto a eficiência estimada para um refrigerador magnético
deve atingir de 50% a 60%. A eficiência mede a razão entre o calor retirado do interior de um refrigerador e a energia gasta para isso. O percentual
indica a relação entre o valor obtido para eficiência de um refrigerador real e o valor máximo para eficiência de um refrigerador ideal (eficiência de
Carnot). A eficiência de todo refrigerador real será menor que a de Carnot, em função de perdas no processo.
O alinhamento dos íons
O material ativo (ou AMR) -- em geral compostos magnéticos que incluem terras raras (série dos lantanídeos) -- é formado por íons magnéticos, que
podem ser vistos como pequenos ímãs em uma rede cristalina. Essa rede exibe repetições periódicas onde os átomos magnéticos (setas) e os não-
magnéticos (esferas) ocupam posições (sítios) bem localizadas. Os íons magnéticos podem interagir entre si de modo direto ou através de elétrons de
condução. Tais elétrons não são localizados, isto é, não pertencem especificamente a um sítio da rede e podem fazer a ‘comunicação’ (interação de
troca) entre os átomos da rede.
Se o material é colocado entre os pólos de um eletroimã (que gera um campo magnético), os pequenos imãs tendem a se alinhar na direção do campo
(como a agulha da bússola alinha-se com o campo magnético da Terra), dando origem a um estado mais organizado, ou de menor entropia. Em uma
conceituação bastante simplificada, a entropia é a medida do grau de ordem de um sistema. Assim, a configuração dos íons magnéticos no material
inicial apresenta alta entropia magnética (alto grau de desordem), mas após a aplicação do campo a entropia magnética é bem pequena (baixo grau de
desordem).
Dependendo da natureza do material, o alinhamento surge mesmo sem a aplicação de um campo magnético, bastando resfriar esse material abaixo de
uma temperatura crítica, denominada temperatura de Curie (TC) -- descoberta feita pelo físico francês Pierre Curie (1859-1906). Isso ocorre porque as
interações microscópicas entre os íons magnéticos (interação de troca), e entre os íons e a rede cristalina, levam a uma configuração de ordem
magnética espontânea. A configuração inicial caracteriza a fase paramagnética, em que os pequenos ímãs (spins dos íons) têm orientações aleatórias
(alta entropia). Já na fase magnética espontaneamente ordenada (baixa entropia) a ordem direcional não é aleatória, ou seja, o material está
magnetizado.
A temperatura de Curie marca o limite das fases. Se a temperatura do material é maior que a de Curie (T > TC), ele permanece na fase desordenada
paramagnética (desde que não seja aplicado um campo magnético). Se o material é resfriado abaixo da temperatura de Curie (T < TC), passa para a
fase ordenada ferromagnética. Os efeitos magnetocalóricos nos compostos ferromagnéticos são maiores em torno da temperatura de Curie (diferente para
cada material).
Como entender o processo
A maneira mais simples de explicar o que ocorre na refrigeração magnética é pela análise de um gráfico que relaciona a entropia e a temperatura do
material ativo (AMR), na ausência e na presença de um campo magnético externo, gerado por um eletroímã. As curvas desse gráfico deixam claro que o
aumento da temperatura provoca crescimento da entropia e que, ao contrário, a aplicação do campo ordena os íons magnéticos, diminuindo a entropia.
O processo de resfriamento magnético começa no estado A, quando o AMR é colocado a uma certa temperatura (TQ) -- por exemplo, 1 K (-272°C), o
que pode ser feito através do contato térmico com hélio líquido. Em seguida é aplicado um campo magnético para diminuir a entropia do material, que
evolui para o estado B. Isso é feito mantendo a temperatura do AMR constante (processo isotérmico) -- no exemplo (TQ = 1 K), o material permanece em
contato com o hélio líquido. Sem esse contato, a temperatura do material aumentaria, como acontece quando o gás é comprimido, em refrigeradores
convencionais -- da mesma forma, a bomba de ar usada para encher o pneu de uma bicicleta esquenta após algumas ‘bombadas’.
Atingido o estado B, isola-se termicamente o AMR (eliminando-se o contato) e retira-se o campo magnético. Isso provoca uma redução na temperatura,
sem troca de calor com o exterior (processo adiabático), pois o material está isolado termicamente. Sem qualquer variação na entropia, o sistema passa
do estado B para o estado C e atinge uma temperatura final (TF) menor do que a inicial (TQ).
A teoria é simples, mas a refrigeração magnética, na prática, ainda exige um aparato sofisticado, por trabalhar com temperaturas muito baixas. Assim, o
AMR precisa ser colocado em um volume cilíndrico, sustentado por um suporte de baixa condutividade térmica dentro de um contêiner que contém um
gás que pode ser retirado por uma válvula. Esse contêiner é mergulhado em hélio líquido dentro de um vaso de Dewar, recipiente semelhante a uma
garrafa térmica, com as paredes interna e externa separadas por vácuo -- o nome homenageia o físico escocês James Dewar (1842-1923), seu inventor.
O gás, que permite o contato térmico entre o material ativo (AMR) e o hélio líquido, é colocado no contêiner e a válvula é fechada. Com isso, o AMR é
mantido a uma certa temperatura (no caso, TQ = 1 K), mas os spins dos íons magnéticos continuam desordenados (fase paramagnética). Esse estágio
(A) equivale ao estado A do gráfico entropia versus temperatura. Em seguida, aplica-se o campo magnético, que alinha os spins e diminui a entropia do
material sem alterar sua temperatura. Esse estágio (B) corresponde ao estado B do mesmo gráfico.
Em seguida, a válvula é aberta e o gás que faz o contato térmico do AMR com o hélio líquido é retirado. O material ativo fica isolado termicamente mas
ainda em presença do campo magnético que ordena seus íons magnéticos. Finalmente, o campo é retirado, provocando a redução da temperatura, sem
troca de calor (processo adiabático). Esse último estágio (D) corresponde ao ponto C do gráfico.
Entretanto, isso não basta para fazer funcionar um refrigerador magnético semelhante ao refrigerador convencional, que precisa retirar calor gradualmente
de um volume (o espaço interno do aparelho). Para isso, é preciso reproduzir o ciclo termodinâmico completo -- um exemplo é o conhecido ciclo de
Carnot, descoberto pelo físico francês Sadi Carnot (1796-1832).
A descrição das etapas do ciclo de Carnot (A’ ® B ® C’ ® D ® A’) revela como funcionaria um refrigerador magnético. Para acionar o processo A’ ® B
(isotérmico, ou seja, sem variação na temperatura), o material ativo é posto em contato, por uma chave térmica (I), com um meio quente (o meio externo,
por exemplo) e o campo magnético é aumentado. Com isso, uma pequena quantidade de calor sai do AMR e é ‘jogada’ para fora do refrigerador. No
processo B ® C’ (adiabático, ou seja, sem troca de calor) a chave térmica (I) é desligada e o campo magnético reduzido, o que diminui a temperatura do
material.
Em seguida, liga-se a outra chave térmica (II), que conecta o material com o interior do refrigerador, e desliga-se por completo o campo magnético,
levando ao processo C’ ® D, também isotérmico. Com isso, uma pequena quantidade de calor sai desse espaço interno e é ‘jogada’ para o material ativo.
Finalmente, desligando essa segunda chave térmica e aumentando o campo magnético, ocorre o processo D ® A’ (também adiabático), retornando ao
estado inicial A’. Assim, para cada ciclo completo (A’ ® B ® C’ ® D ® A’), uma pequena quantidade de calor sai do interior do refrigerador para o material
ativo e é lançada no meio externo.
As duas chaves térmicas representam os trocadores de calor, um material (sólido, líquido ou gás) bom condutor de calor. A variação da temperatura
depende fortemente da natureza do material (AMR) usado e dos estados escolhidos para formar o ciclo termodinâmico fechado, que faz funcionar o
refrigerador.
A escolha do material ativo
Quanto maior for a variação de temperatura do material ativo (AMR) no ciclo termodinâmico e maior a quantidade de calor retirada do espaço interno,
maior será a eficiência do refrigerador magnético. Vários métodos experimentais permitem determinar o potencial magnetocalórico dos AMRs, mas um
dos mais completos é a medida do calor específico, usando-se um calorímetro. O calor específico de uma amostra indica como a sua temperatura varia
quando ela absorve ou elimina calor.
A medição dos calores específicos da amostra na ausência e na presença de um campo magnético permite construir as curvas das entropias, em
relação à temperatura. Com os valores da entropia na ausência do campo (S0) e na presença dele (Sm), pode-se obter os valores da variação da
temperatura no processo adiabático (D Tad) e da variação da entropia no processo isotérmico (D Smag), necessários para determinar os efeitos
magnetocalóricos dos AMRs.
De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a quantidade de calor (D Q) que pode ser retirada de um material, em uma temperatura absoluta T, está
relacionada com a variação da entropia (D Q £ T.D S) -- a igualdade só acontece em um processo reversível (ideal). Para conseguir grande capacidade
de refrigeração, é preciso otimizar o ciclo termodinâmico, obtendo ao mesmo tempo as variações máximas de entropia magnética (D Smag) e de
temperatura (D Tad).
Os valores dessas variações (D Smag e D Tad), no entanto, mudam de acordo com a temperatura do material. Isso pode ser comprovado através dos
gráficos de valores teóricos e experimentais da variação da entropia (D Smag) e da variação da temperatura (D Tad), em relação à temperatura do
material, obtidos para o composto intermetálico ErAl2 com a aplicação de campos magnéticos de diferentes intensidades -- os resultados foram obtidos
no Laboratório de Ames, da Universidade Estadual de Iowa (Estados Unidos).
Em compostos ferromagnéticos, os valores máximos para as duas variações (D Smag e D Tad) ocorrem em geral na temperatura de Curie (TC) -- no
ErAl2, essa temperatura é de cerca de 13 K. A razão para isso é que, próximo da TC, as duas tendências opostas (a de ordenamento, decorrente da
interação de troca entre os íons magnéticos, e a de desordem, devida à vibração térmica da rede) são aproximadamente balanceadas. Assim, nessa
temperatura, a aplicação do campo magnético no AMR (isolado termicamente) aumenta muito a magnetização (a ordem dos íons), e portanto reduz a
entropia (Smag). Abaixo ou acima da TC, o efeito do campo é significativamente reduzido, como mostram os gráficos. Acima da TC é obtida apenas a
resposta paramagnética (o alinhamento dos íons com a aplicação do campo), e abaixo dessa temperatura a magnetização espontânea dos compostos
está próxima da saturação e não pode ser muito mais aumentada pela aplicação do campo magnético.
Qualquer material que apresente grande variação na entropia magnética (e temperatura) tem potencial para ser usado como AMR em um refrigerador
magnético. Na prática, porém, existe um problema: o material escolhido só permite resfriamento em uma faixa de temperatura bem definida (no caso do
ErAl2, essa faixa fica em torno 13 K). Para uma determinada aplicação, é necessário usar um ARM que reduza a temperatura, com eficiência, na faixa
desejada. Assim, um refrigerador magnético só funcionará na faixa de temperatura dos refrigeradores convencionais se o AMR apresentar uma grande
variação de entropia magnética (e de temperatura) na faixa próxima de zero grau Celsius (273 K).
Aplicações mais imediatas
Essa limitação impediu o uso eficiente da refrigeração magnética para reduzir temperaturas na faixa dos refrigeradores convencionais comerciais,
deixando essa tecnologia, por muitos anos, restrita aos laboratórios de universidades e centros de pesquisa. O maior obstáculo ao desenvolvimento dos
refrigeradores magnéticos é o alto custo da produção de campos magnéticos intensos, obtidos com materiais supercondutores. Em um futuro próximo (de
cinco a 10 anos), só será possível o uso comercial em refrigeradores de larga escala: freezers de supermercados e indústrias e grandes sistemas de ar-
condicionado.
Um protótipo do futuro refrigerador doméstico vem funcionando desde 1997 no Astronautics Technology Center, em Wisconsin (Estados Unidos). Essa
unidade usa água (de baixo custo, não-poluente, não-inflamável e com boa condutividade térmica) como elemento trocador de calor. Para obter
refrigeração abaixo de zero Celsius, temperatura na qual a água passa do estado líquido para o sólido (gelo), é adicionado anticongelante a esse
elemento.
Recentemente, os físicos Karl Gschneidner e Vitilij K. Pecharsky revelaram, na Physical Review Letters, a descoberta, pelo grupo de pesquisas do
Laboratório de Ames, da Universidade Estadual de Iowa (Estados Unidos), liderado por Gschneidner, de novo material refrigerante. O novo composto é
um metal com ricas propriedades magnéticas que reúne gadolínio, silício e germânio -- a fórmula química é Gd5(Si2Ge2) --, com uma temperatura de
Curie de 276 K (3°C) e um efeito magnetocalórico gigante. Por isso, pode operar em um ciclo de refrigeração na faixa de temperatura dos refrigeradores
convencionais.
Pesquisas de novos materiais magnéticos para AMRs também vêm sendo desenvolvidas pelo autor na Universidade do Estado do Rio de Janeiro, em
colaboração com o Laboratório de Ames. Gschneidner e seu grupo desenvolvem os estudos de vanguarda nessa área de conhecimento, que deverá ter
grande impacto aplicativo em um futuro próximo, reduzindo os custos dos refrigeradores e preservando a natureza.
J.P.Gomes
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