Tópicos:
- Introdução
- Bomba de asa/palhetas
- Compressor de pistão (recíproco, tipo virabrequim)
- Introdução ao compressor de placa inclinável
- Compressor de placa inclinável com curso fixo
- Compressor de placa de inclinação de curso variável (com controle interno e externo)
- Lubrificação do compressor
- Acoplamento magnético
- Sons
Introdução:
O compressor bombeia o refrigerante gasoso do ar condicionado por todo o sistema. A pressão e a temperatura do refrigerante aumentam à medida que sai do compressor. Existem diferentes tipos de compressores que podem ser usados para ar condicionado. Os sistemas de ar condicionado de automóveis modernos usam compressores recíprocos. “Recíproco” significa que as peças do compressor fazem movimentos para frente e para trás. A operação desses compressores pode ser comparada à de um motor a pistão. Os compressores recíprocos também são de dois tipos, nomeadamente o tipo virabrequim e o compressor de placa inclinável. Nos carros modernos são utilizados compressores de placa basculante, que por sua vez são divididos em dois tipos: o compressor de placa basculante com curso fixo e a variante com curso variável. A bomba do ar condicionado, assim como o alternador e a bomba da direção hidráulica, é acionada pela multicorreia nos motores a combustão (veja imagem abaixo). Encontramos compressores de ar condicionado elétricos em veículos híbridos e totalmente elétricos. Um motor elétrico é alimentado pelo sistema HV e aciona o compressor.
O compressor do ar condicionado suga o refrigerante gasoso do evaporador, o que mantém baixa a pressão no evaporador e contribui para a evaporação do refrigerante, mesmo em baixas temperaturas. O compressor comprime o refrigerante gasoso, o que leva à transição de baixa para alta pressão. Este aumento de pressão e temperatura faz com que o refrigerante mude de gasoso para líquido.
A pressão fornecida pelo compressor do ar condicionado é afetada por vários fatores, incluindo:
- A velocidade do motor (para motores de combustão);
- O tipo e quantidade de refrigerante;
- A temperatura do refrigerante;
- O tipo e design do compressor do ar condicionado, que determina a sua capacidade;
- O ajuste do acoplamento magnético;
- A temperatura ambiente.
Após a compressão, o refrigerante sai do compressor a uma temperatura de aproximadamente 70 graus Celsius. Esta temperatura é então reduzida no condensador.
Os parágrafos seguintes discutem diversas versões de compressores de ar condicionado, que podem ou não ser utilizados na indústria automotiva.
Bomba de asa/palhetas:
Esta bomba raramente é usada no sistema de ar condicionado de um carro. Contudo, pode ser aplicado em instalações de refrigeração específicas para diferentes produtos.
Operação: O disco (cinza) gira para a direita, no sentido horário. Os êmbolos amarelos são pressionados contra a parede pela força centrífuga (força centrífuga), fazendo com que as diferentes câmaras se separem umas das outras. O refrigerante flui pelo canto inferior direito e segue seu caminho até o pequeno espaço azul. A rotação aumenta esse espaço, o que leva à pressão negativa. A bomba continua a funcionar, fazendo com que o refrigerante flua para a área vermelha. Aqui o espaço da sala torna-se cada vez menor, fazendo com que o refrigerante seja pressurizado (comprimido). No final da câmara vermelha está a válvula de escape, através da qual o refrigerante é expelido.
Compressor de pistão (recíproco, tipo virabrequim):
Esta bomba, assim como a bomba de asa/palhetas, raramente é usada no sistema de ar condicionado de um carro. No entanto, também pode ser aplicado em instalações de refrigeração específicas para diferentes produtos. A imagem abaixo mostra um compressor alternativo, onde 1 representa a válvula de admissão e 2 representa a válvula de escape. O movimento do pistão e do virabrequim é comparável ao de um motor Otto normal ou a diesel.
Funcionamento: O pistão se move do PMS (Ponto Morto Superior) para o PDO (Ponto Morto Inferior) (de cima para baixo), fazendo com que a válvula de admissão 1 se abra. O refrigerante é aspirado para dentro do cilindro por subpressão. O pistão então se move do ODP para o TDC e pressiona a válvula de admissão de volta contra sua sede. O movimento ascendente também levanta a válvula de escape 2 da sua sede. O refrigerante agora pode sair do cilindro. A válvula de escape fecha novamente. Então o ciclo recomeça.
Introdução do compressor de placa inclinável:
Os compressores de placa inclinada, também conhecidos como compressores de placa oscilante, são quase sempre usados em sistemas de ar condicionado automotivo. Eles se enquadram na categoria “recíproca” por causa de suas partes móveis que sobem e descem.
Na ilustração vemos um desenho de linha e uma seção de um compressor de placa inclinável. O pistão faz um curso horizontal, que é determinado pelo ângulo da placa inclinada. Nesta imagem a placa está em inclinação máxima, o que significa que o pistão pode realizar o movimento horizontal máximo (indicado pelo espaço de compressão vermelho no cilindro). Nos três desenhos (de cima para baixo) vemos um curso de pressão completo de um pistão como resultado da rotação da placa basculante.
Nesta situação, a bomba fornece o rendimento máximo porque a placa basculante realizou um curso máximo. Se for desejado um rendimento menor porque a pressão se torna muito alta e - devido ao excesso de refrigerante - podem ocorrer fenômenos de congelamento do evaporador, o acoplamento magnético de um compressor com "curso fixo" é desconectado, de modo que o compressor não esteja mais dirigido. Com um compressor de “curso variável” a placa fica menos “inclinada”. O ângulo de inclinação da placa é menor, o que também reduz o curso do pistão. Os compressores de curso fixo e variável são descritos posteriormente nesta página.
Acima de cada pistão há 2 válvulas fixadas a uma mola de placa: a válvula de sucção e a válvula de descarga. Quando o pistão se move do TDC para o ODP, ele força o refrigerante a passar pela válvula de descarga e entrar na linha de alta pressão em direção ao condensador.
Os compressores de placa inclinável podem ter entre 4 e 8 pistões/êmbolos e possuem duas versões: nomeadamente o compressor com curso fixo e aquele com curso variável. Eles são descritos abaixo.
Compressor de placa de inclinação de curso fixo:
Este compressor é acionado pela multicorreia do motor e funciona em sincronia com a rotação do motor (entre 600 e 6000 rotações por minuto). O acoplamento magnético controla o ligar e desligar do compressor, o que será explicado mais adiante.
Quando o compressor é ligado, a placa giratória de inclinação move os pistões para cima e para baixo. As válvulas de sucção e descarga em cada cilindro permitem que os pistões aspirem o gás e o movam sob pressão para a parte de alta pressão do sistema.
Um compressor de curso fixo move um volume fixo por rotação. O rendimento depende, portanto, da velocidade do compressor ou da velocidade do motor. Para regular a saída, o compressor é ligado e desligado continuamente: ligando quando a pressão cai e desligando quando a pressão é muito alta. Especialmente em motores pequenos, a ligação pode ser sentida como um “choque” devido à potência necessária. A ligação abrupta causa aumento do estresse mecânico e perturba o controle, resultando em variações na temperatura do ar resfriado para os ocupantes.
Se a rotação do motor for muito alta e, portanto, a pressão de descarga aumentar, mais refrigerante fluirá através do evaporador. Isso retarda o resfriamento e pode congelar o evaporador. Nestes casos, o acoplamento magnético desliga-se graças ao termóstato ou ao pressostato.
Compressor de placa de inclinação de curso variável:
Com este tipo de compressor, o ângulo da placa de inclinação é ajustável graças a um dispositivo de ajuste. Ao colocar a placa basculante o mais reta possível, o curso dos pistões é limitado e a saída é mínima. Por outro lado, ao colocar a placa basculante o mais obliquamente possível, os pistões realizam um curso muito maior e a potência aumenta significativamente. Vemos as seguintes versões do compressor de placa inclinável com curso variável:
- com controle interno e acoplamento magnético;
- controle externo com e sem acoplamento magnético.
Controle interno e acoplamento magnético:
A figura mostra como a posição da placa de inclinação pode afetar o curso do pistão. Uma rotação mais alta do motor resulta em uma saída mais alta do compressor. Isto provoca um aumento na pressão em todo o sistema, o que aciona o dispositivo de ajuste para aumentar a pressão na câmara da placa de inclinação.
O aumento da pressão força a placa de inclinação a ficar mais vertical, o que reduz a capacidade. Se a saída cair, o dispositivo de ajuste fecha e a pressão na câmara da placa de inclinação diminui. Isso faz com que a placa fique mais inclinada novamente, permitindo que os pistões façam um curso maior. Quanto maior o ângulo, maior o curso e maior o rendimento.
Um sistema de controle interno (mecânico) para ajustar a posição da placa de inclinação em um compressor de ar condicionado de curso variável geralmente usa a pressão de sucção para controlar automaticamente o ajuste. Este sistema utiliza um mecanismo controlado por pressão que responde às mudanças na pressão de sucção do compressor.
O mecanismo de controle geralmente consiste em um ou mais diafragmas ou câmaras de fole que estão conectadas ao lado de sucção do compressor e ao eixo de acionamento da placa basculante. Se a pressão de sucção mudar, isso causa um movimento no diafragma ou no fole. Este movimento é então transferido para o mecanismo que ajusta o ângulo da placa de inclinação.
- Em pressões de sucção mais altas, como quando a demanda de resfriamento aumenta, o mecanismo controlado por pressão ajustará o ângulo da placa de inclinação. Isto leva a um maior comprimento de curso dos pistões e, portanto, a uma maior compressão do refrigerante. Isso resulta em uma pressão de descarga mais alta e em uma maior capacidade de resfriamento.
- Em pressões de sucção mais baixas, o mecanismo reduzirá o ângulo da placa de inclinação, resultando em um comprimento de curso mais curto dos pistões e em menor compressão do refrigerante. Isto reduz a pressão de descarga e adapta a capacidade de refrigeração à necessidade reduzida de refrigeração.
Em um compressor de ar condicionado de fluxo variável, uma válvula controla a conexão ao cárter (na câmara do disco inclinável) e aos lados de alta e baixa pressão do compressor. A pressão no lado de baixa pressão é influenciada pela pressão de sucção medida. A seguir é explicado como a válvula de controle funciona quando o fluxo aumenta e diminui.
Aumentar o rendimento:
Com a diminuição da capacidade de refrigeração, a temperatura no lado de sucção aumenta e a pressão de sucção aumenta. Esta pressão de sucção faz com que o fole elástico se comprima, tornando-o menor. Quando o fole é comprimido, a válvula esférica A fecha e a válvula B abre, o que cria uma conexão com o cárter. Isto permite que a pressão na câmara do disco inclinável escape para o lado de baixa pressão (no lado de sucção), fazendo com que o disco inclinável fique mais inclinado. Isto resulta numa maior potência do compressor e num aumento na capacidade de refrigeração.
Reduzir o rendimento:
À medida que a capacidade de refrigeração aumenta, a pressão de sucção diminui. A pressão de sucção diminui e o fole aumenta de volume, fazendo com que o orifício B feche e a válvula esfera A se abra. Isto faz com que o gás de alta pressão flua e saia através da válvula esférica A e da abertura para a carcaça do disco basculante. Isso garante que o disco de inclinação fique na posição vertical. Como resultado, a potência da bomba diminui e a capacidade de refrigeração torna-se menor.
A válvula de controle ajusta a pressão na câmara do disco inclinável. A diferença de pressão resultante em comparação com a pressão nos espaços de compressão leva a uma inclinação do disco basculante, o que afeta a saída da bomba. O tamanho do curso é controlado pela pressão na seção de baixa pressão do sistema de ar condicionado. Os compressores de curso variável (saída) geralmente não possuem um termostato no evaporador. A pressão de entrada destes compressores é mantida em 2 bar.
Controle externo, sem acoplamento magnético:
Em um compressor com controle externo, uma válvula eletromagnética é utilizada para regular a pressão na carcaça do compressor. A válvula eletromagnética é controlada por uma ECU (ECU do motor ou ECU do ar condicionado) por meio de um sinal PWM. No entanto, a pressão de sucção continua a desempenhar um papel no processo de controle. A ECU do ar condicionado recebe sinais como o modo de ar condicionado desejado (desumidificação, resfriamento), a temperatura desejada e real e a temperatura externa.
Com base nisso, o computador calcula a configuração ideal para a válvula de controle e, portanto, para a saída do compressor. Se necessário, a pressão de sucção também pode variar. Na prática, a pressão de sucção varia entre 1,0 e 3,5 bar. A baixa pressão de sucção melhora a capacidade de resfriamento em baixa velocidade do compressor. Uma pressão de sucção superior à média com baixa carga térmica resulta em um trabalho mais eficiente e, portanto, menor consumo de combustível. O acoplamento magnético pesado agora pode ser omitido, o que economiza aproximadamente 1 kg. Normalmente a embreagem é equipada com um amortecedor de vibrações e um mecanismo de deslizamento.
Um fluxo de controle maior para a válvula de controle fecha a passagem da câmara de alta pressão para o cárter. A abertura variável fornece espaço para descarregar o gás de vazamento que aumenta a pressão através da câmara de pressão de sucção. Isso equaliza a pressão do cárter (Pc) e a pressão de sucção Ps, colocando o disco oscilante na posição de saída máxima.
A redução do rendimento é feita aumentando a pressão no cárter. A válvula de controle abre, criando a conexão entre o cárter e a câmara de alta pressão. A válvula de controle possui um fole que é influenciado pela pressão de sucção, que altera o set point. A corrente de controle para a válvula de controle funciona em conjunto com o ajuste do fole. Uma pequena abertura variável permite um fluxo limitado de refrigerante para a câmara de pressão de sucção.
Lubrificação do compressor:
As peças móveis sempre geram calor, por isso devem ser lubrificadas. Além das propriedades lubrificantes, o óleo também proporciona vedação e isolamento acústico. Inicialmente, o compressor é abastecido com óleo e a lubrificação é obtida por meio de lubrificação por névoa. Essa névoa de óleo também atinge os êmbolos e é então transportada por todo o sistema com o refrigerante. Durante a condensação, forma-se uma mistura de refrigerante e uma névoa de óleo líquido. Esta névoa de óleo é novamente aspirada pelo compressor.
O óleo sintético PAG (Polialquilenoglicol) foi especialmente desenvolvido para o refrigerante R134a e nunca deve ser substituído por outro tipo de óleo. Contudo, as diferentes viscosidades prescritas pelos fabricantes devem ser levadas em consideração. Consulte as especificações para isso.
Os óleos PAG comuns são:
- PAG 46 (viscosidade mais baixa)
- PÁGINA 100
- PAG 150 (maior viscosidade)
- Óleo PAG com adição YF para uso com o refrigerante R1234YF, devido à sua sensibilidade à umidade no sistema.
Além dos óleos PAG, existem também óleos minerais, PAO e POE.
- O óleo mineral foi usado nos antigos sistemas R12.
- O óleo PAO (PolyAlphaOlefin) é totalmente sintético e não higroscópico. Isto contrasta com o óleo PAG, que é altamente higroscópico.
- O óleo POE (poliéster) é utilizado em compressores elétricos de ar condicionado de veículos de alta tensão. Se for utilizado o óleo errado (PAG), a camada isolada de laca do fio de cobre do motor elétrico será danificada.
Ao instalar um novo compressor, já existe óleo (aproximadamente 200 a 300 ml) no compressor. O fabricante especifica esta quantidade de óleo na documentação.
Sem esvaziar o sistema, não é possível determinar quanto refrigerante e óleo estão presentes no sistema. No caso de uma reparação, por exemplo após a substituição de um condensador, perder-se-á uma pequena quantidade de óleo. O fabricante costuma indicar a distribuição no sistema. Em geral podemos manter esta distribuição:
• compressor aproximadamente 50%
• condensador aproximadamente 10%
• linha de sucção flexível aproximadamente 10%
• evaporador aproximadamente 20%
• filtro/secador aproximadamente 10%
Quando o sistema é ligado pela primeira vez, o óleo é distribuído por todo o sistema. Se o sistema for posteriormente drenado e reabastecido, por exemplo, ao substituir outra peça ou durante a manutenção, o óleo pode ser adicionado ao refrigerante através da estação de abastecimento. É essencial garantir que não entre muito óleo no compressor. A consequência de muito óleo no sistema pode ser que o compressor sofra um golpe de aríete. Nos sistemas de ar condicionado com tubo capilar, um acumulador é montado logo antes do compressor, que ajusta constantemente a quantidade de óleo à quantidade de refrigerante (veja a página sobre o acumulador).
Acoplamento magnético:
A polia da bomba do ar condicionado é continuamente acionada pela correia múltipla. Nos compressores de placa basculante com curso fixo e alguns com curso variável, a embreagem magnética controla o acendimento e desligamento do compressor do ar condicionado. Quando o compressor é ligado, um eletroímã (1) no acoplamento é ativado. Isto faz com que o íman atraia o disco de embraiagem montado na mola (4), criando uma ligação firme entre a polia e a bomba. Quando o ar condicionado é desligado, o eletroímã deixa de ser acionado e sua função magnética é interrompida. A mola do disco da embreagem o solta da bomba. A polia agora continua a girar com a correia múltipla, enquanto a bomba (internamente) permanece parada.
Ligar o ar condicionado é mais benéfico quando a rotação do motor está baixa, como quando a embreagem está pressionada ou quando o motor está em marcha lenta. Isto minimiza o desgaste do acoplamento magnético. Por exemplo, se o ar condicionado for ligado a 4500 rpm, o eletroímã acionará a embreagem e haverá uma grande diferença de velocidade entre a bomba estacionária e a polia giratória. Isso pode causar deslizamento, levando a um maior desgaste.
Sons:
Alguns sons característicos podem ocorrer:
Som de palmas ao ligar: Um som alto de vibração ao ligar o compressor pode indicar um possível ajuste do acoplamento magnético. De acordo com o tipo de compressor, este ajuste pode reduzir o entreferro e minimizar o ruído.
Ruído de zumbido da bomba de ar condicionado: Um zumbido indica um defeito na bomba ou possivelmente uma falta de refrigerante e óleo no sistema. Consulte um especialista em ar condicionado para verificar, esvaziar e reabastecer o sistema com a quantidade correta de refrigerante e óleo.
Som de vibração da bomba de ar condicionado: Um som de vibração também pode indicar um defeito na bomba. Verifique se o acoplamento magnético está firmemente preso à bomba para evitar o afrouxamento do parafuso central.
Ruído de zumbido relacionado à velocidade do motor: Um zumbido audível no habitáculo e que varia com a rotação do motor indica ressonância ou vibração. Isso pode ser causado por pouco refrigerante ou por tubos de ar condicionado que ressoam. Se o nível do refrigerante estiver OK, um tubo causador de vibração pode ser identificado segurando-o enquanto acelera. Amortecedores de vibrações especiais, como os disponíveis para problemas específicos como o MINI, podem corrigir estes tipos de vibrações.
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