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O controle do nível de líquido de amônia é um elemento importante no projeto de sistemas de refrigeração industrial. É ele que controla a injeção de líquido no processo para manter um nível constante.
Por sua importância é essencial compreender seus princípios de controle, suas variações de acordo com cada processo e as tecnologias envolvidas na composição desses sistemas.
Controle de nível de alta e baixa pressão de amônia
Um sistema controlador de nível de líquido de amônia pode utilizar dois princípios diferentes:
- • sistema de controle de nível de líquido de alta pressão;
- • sistema de controle de nível de líquido de baixa pressão.
Ambos podem podem ter a presença de componentes mecânicos e eletrônicos.
Assim, equipamentos como as válvulas flutuantes podem estar nesses sistemas. Elas oferecem um controle simples, mas sua montagem precisa ser no nível desejado, caso contrário exige uma realocação física da válvula. Assim, os sistemas que empregam um transmissor de nível são mais complexos, entretanto, permitem uma mudança de nível fácil.
Sistemas de controle do nível de líquido de amônia de alta pressão
Os sistemas de controle do nível de líquido de alta pressão são, tipicamente, caracterizados pelo dispositivo de detecção (sensor / flutuador) colocado no lado de alta pressão do sistema. Assim, um aumento no nível do líquido abrirá o dispositivo de expansão e passará o líquido de alta pressão para o lado de baixa pressão do sistema, mantendo o nível do lado de alta pressão constante.
Além disso, ele possui carga crítica de refrigerante e a presença, ou não, de um receptor alta pressão pequeno. Aplica-se, principalmente, onde se distribui o líquido de alta pressão para apenas uma aplicação de baixa pressão, onde variações no volume de refrigerante acomodam-se.
Agora, veja um diagrama simples de um sistema de alta pressão. Pode-se observar os componentes do sistema, como o compressor, o condensador, o receptor, o sistema de expansão e o separador de baixa pressão. Além disso, estão presentes o sistema de bombeamento e o evaporador, formando um circuito fechado de refrigeração industrial.
Sistemas de regulação do nível de líquido de amônia de baixa pressão
Os sistemas de regulação do nível de líquido de baixa pressão são, tipicamente, caracterizados pelo dispositivo de detecção colocado no lado de baixa pressão do sistema. Assim, uma diminuição no nível de líquido irá abrir o dispositivo de expansão e passar líquido de alta pressão para o lado de baixa pressão do sistema.
Diferentemente do sistema de alta pressão, o receptor aqui é, geralmente, grande e possui carga (razoavelmente) grande de refrigerante. Aplica-se, principalmente, a sistemas descentralizados onde pode haver várias aplicações de baixa pressão. E, além disso, as variações no volume de refrigerante devem ser acomodadas no lado de alta pressão.
Vamos observar agora um sistema de baixa pressão, composto de forma semelhante ao último diagrama observado.
Em conclusão, indica-se os sistemas de controle de alta pressão sistemas compactos como chillers, por exemplo. Sua vantagem é o custo reduzido.
Por sua vez, considerando que sistemas de controle de baixa pressão são muito adequados para sistemas descentralizados com mais de um separador de baixa pressão e tubulação longa sua grande vantagem é o aumento da segurança e confiabilidade.
Projeto e controle de nível de líquido de amônia
Ao projetar um sistema de controle de baixa pressão, é necessário considerar alguns pontos.
Assim que “forma-se” o líquido na saída do condensador, leva-se ele para o lado de baixa pressão (o evaporador). O líquido que sai do condensador terá pouco ou nenhum sub-resfriamento. É importante considerar isso quando o líquido flui para o lado de baixa pressão. Se houver perda de pressão na tubulação ou nos componentes, pode ocorrer flash-gas e fazer com que reduza-se capacidade de expansão do dispositivo.
Se for um sistema com carga crítica, se calcula a carga de refrigerante com precisão para garantir que haja refrigerante adequado no sistema.
Uma sobrecarga aumenta o risco de inundar o evaporador ou o separador de líquido, causando o arraste de líquido para o compressor, bem como a formação de turbulência.
Se o sistema estiver com carga insuficiente, o evaporador ficará sem energia. O tamanho do recipiente de baixa pressão deve ser cuidadosamente projetado para que possa acomodar o refrigerante em todas as condições sem causar arraste de líquido.
Pelas razões acima, os controles de baixa pressão são, especialmente, adequados para sistemas que requerem uma pequena carga de refrigerante, como unidades de resfriadores ou pequenos freezers.
As unidades de resfriamento de líquido geralmente não precisam de receptores. No entanto, se um receptor for necessário para instalar um dispositivo de detecção de líquido e/ou fornecer refrigerante para um resfriador de óleo, o receptor pode ser fisicamente pequeno.
Controle eletrônico
O sistema ilustrado é um transmissor de nível AKS 4100/4100U que envia um sinal de nível para um controlador de nível de líquido EKE 347. A válvula ICM atua como uma válvula de expansão.
Ao projetar uma solução eletrônica, o sinal de nível de líquido pode ser fornecido por um LLS 4000 ou AKS 38, ou um AKS 4100/4100U. Envia-se o sinal eletrônico a um controlador EKE 347 que monitora a válvula de injeção.
Assim, regula-se a injeção de líquido de várias maneiras diferentes:
- – com uma válvula de motor modulante tipo ICM com um atuador ICAD (conforme estamos mostrando na figura).
- – pode ser também com válvula de expansão modulante por pulso tipo AKVA.
- – ainda pode ser uma válvula reguladora REG atuando como uma válvula de expansão e uma válvula solenoide ICS/EVRA para implementar a regulação ON/OFF.
Controle eletrônico para equipamento
O sistema ilustrado é um transmissor de nível AKS 4100 / 4100U que envia um sinal de nível para um controlador de nível de líquido EKE 347.
Controle mecânico
A HFI é uma válvula flutuante de alta pressão de ação direta; portanto, nenhuma pressão diferencial é necessária para ativar a válvula. Se o condensador for um trocador de calor a placas, pode-se montar a HFI diretamente na placa coletora do trocador de calor. No entanto, pode ser necessário conectar uma linha de equalização para remover o vapor de refrigerante da carcaça do flutuador. Isso pode evitar que líquido entre na carcaça e, assim, evitar a abertura da HFI.
Durante a paralisação do sistema da planta, a pressão se equalizará lentamente, permitindo que transfira-se toda a carga de refrigerante para a parte mais fria do sistema. Se não for necessária a equalização da pressão, utiliza-se uma válvula solenoide ou de retenção.
Para permitir que qualquer condensado líquido flua para o HFI por gravidade, instala-se ela sob o condensador.
Para garantir uma operação sem problemas, na maioria dos casos, instala-se um orifício de desvio, conectando o espaço de gás no alojamento HFI com a conexão de saída. Devido à diferença de pressão entre o lado de alta e baixa pressão, puxa-se o gás para o lado de baixa pressão, resultando em uma ligeira subpressão no alojamento.
Este efeito permite a retirada do gás/vapor. Além disso, permite que a pequena quantidade de gás instantâneo que pode se formar na linha de alimentação de líquido ou durante a paralisação da planta seja drenada. Se instalar a HFI próximo ao condensador e o projeto do tubo permitir que o vapor/gás retorne livre e facilmente ao condensador, o orifício de derivação pode não ser necessário.
Reservatório de amônia e controle de líquido
Em razão da segurança, o nível de líquido no vaso de baixa pressão (separador de líquido/evaporador casco) deve manter-se em um nível constante. Isso porque, um nível de líquido excessivamente alto no separador de líquido pode causar o transporte de fluido para o compressor e um nível excessivamente baixo pode levar à cavitação das bombas de refrigerante em um sistema de circulação da bomba.
Frequentemente, LLS 4000 ou AKS 38 são empregados como alarmes de nível alto e baixo. Entretanto, quando usa-se um transmissor de nível, o alarme de nível baixo geralmente é o transmissor de nível.
Equipamentos presentes em reservatórios de amônia para controle de líquido
O receptor de alta pressão deve ser grande o suficiente para acumular o refrigerante líquido proveniente dos evaporadores. Quando o conteúdo de refrigerante em alguns evaporadores varia com a carga de resfriamento, alguns evaporadores são desligados para manutenção ou parte dos evaporadores são drenados para descongelamento.
Como resultado, controles de baixa pressão adequam-se, especialmente, com sistemas descentralizados nos quais existem muitos evaporadores e há uma grande carga de refrigerante, por exemplo. Com controles de baixa pressão, esses sistemas podem funcionar com segurança, embora seja impossível calcular com precisão a carga de refrigerante.
Neste primeiro exemplo, as válvulas de flutuação SV “monitoram” o nível de líquido em vasos de baixa pressão.
Se a capacidade do sistema for pequena, as válvulas SV4 podem atuar diretamente como uma válvula de expansão no vaso de baixa pressão.
Agora podemos observar como o transmissor de nível AKS 4100/4100U monitora o nível de líquido no separador e envia um sinal de nível para o controlador de nível de líquido EKE 347, que envia um sinal de modulação para o atuador ICAD da válvula motorizada ICM na estação de válvula ICF. A válvula ICM atua como uma válvula de expansão.
A válvula solenoide ICFE na estação de válvula ICF está sendo usada como uma válvula solenoide adicional para garantir 100% de fechamento durante os ciclos “desligados”.
O controlador de nível de líquido EKE 347 também fornece saídas de relé para limites superior e inferior e para níveis de alarme. No entanto, recomenda-se instalação de uma chave de nível LLS4000/AKS38 como um alarme mecânico de alto nível.
Controle de nível de amônia Danfoss
Independentemente do tipo de controle implementado, se for mecânico, eletrônico e modulante ou on-off, a Danfoss possui soluções com o maior nível de tecnologia aplicada. Além disso, possui a confiabilidade do mercado mundial de refrigeração industrial.
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