Curso de refrigeração industrial – Parte 4

Essa é a 4ª parte do nosso Curso de Refrigeração Industrial que vamos falar sobre Controle de Nível Líquido.
Acesse o conteúdo antes de continuar a leitura: Parte 01, 02 e 03

Então vamos começar?

CONTROLE DE NÍVEL LÍQUIDO

O controle de nível de líquido é um elemento importante no projeto de sistemas de refrigeração industrial.
Ele controla a injeção de líquido para manter o nível de líquido constante e estável.

Assim, usamos dois princípios diferentes ao projetar um sistema de controle de nível de líquido:

• Sistema de controle de líquido de alta pressão
• Sistema de controle de líquido de baixa pressão

Podemos alcançar ambos os princípios usando componentes mecânicos e eletrônicos.
As válvulas flutuantes oferecem um controle simples.
Porém como precisamos montar a válvula flutuante no nível desejado, uma mudança exige a realocação física da válvula.
Contudo, os sistemas que empregam um transmissor de nível são mais complexos, mas permitem uma mudança de nível fácil.

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Sistemas de controle de nível líquido de alta pressão

São tipicamente caracterizados por:

• Colocamos o dispositivo de detecção, sensor ou flutuador no lado de alta pressão do sistema
• Um aumento no nível de líquido abrirá o dispositivo de expansão e passarão líquido de alta pressão para o lado de baixa pressão do sistema. Por exemplo, a regulação tenta manter o nível do lado de alta pressão constante
• Carga crítica de refrigerante
• Receptor de alta pressão pequeno ou sem receptor de alta pressão
• Aplicado onde o líquido de alta pressão é distribuído para apenas uma aplicação de baixa pressão
• Variações no volume de refrigerante devem ser acomodadas no lado de baixa pressão

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Sistemas de controle de nível líquido de baixa pressão

São tipicamente caracterizados por:

• Colocamos o dispositivo de detecção, sensor ou flutuador no lado de baixa pressão do sistema
• 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
• O receptor geralmente é grande
• Carga razoavelmente grande de refrigerante
• Aplicado de preferência em sistemas descentralizados onde pode haver várias aplicações de baixa pressão
• Variações no volume de refrigerante devem ser acomodadas no lado de alta pressão

Por isso, concluímos que o controle de alta pressão é efetivo para sistemas compactos como chillers.
A vantagem é o custo reduzido com receptor pequeno ou sem receptor.

O sistema de baixa pressão é muito bom para sistemas descentralizados com mais de um separador de baixa pressão e tubulação longa.
Por exemplo, um grande frigorífico que trabalha com diversos regimes de congelamento e armazenamento.
A vantagem é o aumento da segurança e confiabilidade.

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SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL DE ALTA PRESSÃO

Ao projetar um sistema de controle de alta pressão, devemos considerar os seguintes pontos:

• Assim que o líquido é “formado” na saída do condensador, é alimentado para o lado de baixa pressão, no evaporador
• O líquido que sai do condensador terá pouco ou nenhum sub-resfriamento.

É importante, então considerar isso quando o líquido flui para o lado de baixa pressão.

Aliás, quando houver perda de pressão na tubulação ou nos componentes pode haver formação de flash-gás e fazer com que a capacidade do dispositivo de expansão se reduza.

Se for um sistema com carga crítica, o cálculo da carga de refrigerante tem que ser preciso.
Assim pode garantir que haja refrigerante o suficiente e adequado.

Qualquer sobrecarga aumenta o risco de inundar o evaporador ou o separador de líquido.
Isso causa o transporte de líquido para o compressor, bem como a formação de turbulência.
Se o sistema estiver com carga insuficiente, o evaporador ficará sem energia suficiente para a troca térmica.

Entretanto, devemos projetar com cuidado o tamanho do recipiente de baixa pressão, separador ou evaporar de líquido.
Ele precisa acomodar o refrigerante em todas as condições sem causar arraste de líquido.

Portanto, usamos o controle de alta pressão especialmente em sistemas que requerem uma pequena carga de refrigerante. Como é o caso de chillers 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.

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Sistemas de controle de alta pressão

Em grandes sistemas de controle de alta pressão, usamos a válvula flutuante SV1 ou SV3 como uma válvula piloto para uma PMFH, que é a válvula reguladora principal.

Conforme observamos na ilustração, quando o nível de líquido no receptor sobe acima do nível definido, a válvula flutuante SV1 fornece um sinal para a válvula principal PMFH abrir.
A função do receptor aqui é enviar um sinal mais estável possível para o trabalho do flutuador SV1.

Montamos o sistema que aparece agora com um transmissor de nível AKS 4100 que envia assim um sinal para o controlador de nível líquido EKE 347.
A válvula ICM atua como uma válvula de expansão eletrônica, a partir deste sinal.

Em primeiro lugar, ao projetar uma solução de controle de nível líquido eletrônica, o sinal de nível de líquido pode ser fornecido por um interruptor como o LLS 4000. Também com uma chave de nível AKS 38 que tem sinal ON-OFF (liga e desliga) ou por um AKS 4100 que é um transmissor de nível com sinal modulante de 4 a 20Ma.
Pode-se assim enviar o sinal eletrônico a um controlador EKE 347 que controla a válvula de injeção.

Podemos regular a injeção de líquido de várias maneiras diferentes:

• Com a válvula motorizada tipo ICM, controlada pelo atuador ICAD (como na imagem projetada)
• Com uma válvula de expansão modulante por comprimento de pulso AKVA (o ICFA com a válvula AKVA só pode ser usado onde a pulsação da válvula for aceitável e o tamanho da linha deve ser dimensionado para a capacidade total da válvula)
• Uma válvula REG atuando como válvula de expansão e uma válvula solenoide EVRA ou ICS para implementar a solução ON-OFF

Solução eletrônica para controle de nível de alta pressão com receptor pequeno ou sem receptor:

Por exemplo, a válvula de expansão que deve ser conectada ao controlador de nível de líquido, EKE 347 não é mostrada.
O sistema da ilustração possui um AKS 4100 que envia o sinal para o controlador EKE 347, conforme falamos anteriormente.

A solução também pode ser feita de forma ON-OFF utilizando um interruptor LLS 4000 ou uma chave de nível AKS 38.

Solução eletrônica para controle de nível de alta pressão com receptor pequeno ou sem receptor:

A HFI é uma válvula flutuante de alta pressão e ação direta.
Portanto nenhuma pressão diferencial é necessária para ativar a válvula.

Se o condensador for um trocador de calor a placas é possível montar a válvula flutuante mecânica HFI diretamente na placa de sustentação do trocador de calor.

Pode ser necessário conectar uma linha de equalização ao lado de alta pressão ou baixa pressão para remover o vapor de refrigerante da carcaça do flutuador.
Isso pode evitar que o líquido entre na carcaça do flutuador e assim atrapalhe o funcionamento da válvula HFI, não permitindo sua abertura.

Durante a paralisação do sistema, a pressão se equalizará de forma lenta.
Permitindo assim transferir toda a carga de refrigerante para a parte mais fria do sistema, durante o inverno pode ser o condensador.

No caso de a equalização da pressão não ser a desejada, instalamos uma válvula solenoide ou de retenção com esta função.

Se a HFI não estiver montada diretamente no trocador de placas ou condensador:

• Para permitir que qualquer condensador líquido flua para a HFI por gravidade, instalamos a HFI sob o condensador

Para garantir uma operação sem problemas, na maioria dos casos, instalamos um orifício de desvio porque ele conecta o espaço de gás no alojamento HFI com a conexão de saída da HFI.

Por causa da diferença de pressão entre o lado de alta e baixa pressão, o gás é puxado para o lado de baixa pressão.
Isso resulta em uma ligeira sub pressão no alojamento.
Este efeito permite a remoção do gás. Além disso, permite a pequena quantidade de gás que pode se formar na linha de alimentação de líquido ou durante a parada da planta.

Se instalamos a HFI próximo ao condensador e o projeto de tubulação permitir que o gás retorne livre e facilmente ao condensador, o orifício de derivação pode não ser necessário.

Em geral, recomendamos a instalação do orifício de by-pass.

Exemplo de instalação para HFI instalada longe do condensador com corpo HFI padrão:

Exemplo de instalação para HFI instalada longe do condensador com corpo HFI padrão e duas conexões extras:

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SISTEMA DE CONTROLE DE NÍVEL DE BAIXA PRESSÃO

Ao projetar um sistema de controle de nível de baixa pressão, levamos em consideração os seguintes pontos:

Se mantém o nível de líquido no separador de baixa pressão em um nível constante.
Isso é seguro para o sistema, uma vez que um nível de líquido alto em excesso no separador de líquido pode causar o arraste de líquido para o compressor.
Se tiver um nível excessivamente baixo pode levar a cavitação das bombas de refrigerante em um sistema com circulação através de bombas.

Frequentemente LLS 4000 e AKS 38 usam-se como alarmes de nível alto e baixo.
Embora quando usamos um transmissor de nível AKS 4100, se obtém o alarme de nível alto e baixo através do mesmo equipamento.

O receptor de alta pressão deve ser grande o suficiente para acumular o refrigerante líquido proveniente dos evaporadores.
Quando o volume de refrigerante em certos evaporadores varia de acordo com a carga de resfriamento, alguns deles são desligados para manutenção ou são drenados para descongelamento.

Como resultado disso o controle de nível de baixa pressão é especialmente adequado para sistemas descentralizados nos quais existem muitos evaporadores e há uma grande carga de refrigerante.
Por exemplo, em câmaras frigoríficas.

Com controle de nível de baixa pressão, esses sistemas podem funcionar com segurança.
Embora seja impossível calcular com precisão a carga exata de refrigerante.

Solução mecânica para controle de nível em sistema de baixa pressão:

As válvulas flutuantes 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, conforme estamos mostrando na ilustração.

Solução mecânica para controle de nível em sistema de baixa pressão:

Se a capacidade do sistema for grande, usamos a válvula flutuante SV4 como uma válvula piloto para a válvula principal PMFL.
Conforme mostra a ilustração, quando o nível do líquido no separador de líquido cai abaixo do nível definido, a válvula flutuante SV4 fornece um sinal para a PMFL abrir.

Solução eletrônica para controle de líquido em sistema de baixa pressão:

O transmissor de nível AKS 4100 monitora o nível de líquido no separador e envia um sinal de nível para o controlador EKE 347.
Esse envia um sinal de modulação para o atuador ICAD da válvula motorizada ICM que está na plataforma ICF.
A ICM atua como uma válvula de expansão eletrônica.

A ICFE na estação ICF está sendo usada como uma válvula solenoide adicional para garantir 100% do fechamento durante os ciclos desligados.

O controlador EKE 347 também fornece saídas de relé para limites superior e inferior de alarme.
No entanto, é recomendado um interruptor LLS 4000 ou uma chave AKS 38 como alarme de nível alto.
Para, assim garantir uma segurança extra, em caso de falha elétrica, por exemplo.

Solução eletrônica para controle de líquido em sistema de baixa pressão:

Esta solução é semelhante à mostrada anteriormente.
Porém, neste exemplo a válvula ICM é substituída pela operada por largura de pulso ICFA, que seria similar a válvula AKVA.

A linha deve ser dimensionada para a capacidade total da válvula ICFA ou AKVA.
O controlador de nível de líquido EKE 347 também fornece saídas de relé para limites superior e inferior e para nível de alarme.
Conforme dito anteriormente é recomendada a instalação de um interruptor de nível LLS 4000 ou de uma chave de nível AKS 38 para segurança extra, em nível alto.

Esta solução controla a injeção de líquido usando o sistema ON-OFF (liga e desliga).
A chave de nível LLS 4000 ou AKS 38 no lado direito do sensor de nível controla a comutação da válvula solenoide ICFE de acordo com o nível do líquido no separador.
A válvula reguladora manual ICFR atua como válvula de expansão.