Requisitos para lubrificação de compressores de refrigeração

Marcos Thadeu Lobo

Engenheiro Mecânico Graduado Pela Universidade Estadual De Campinas ( Unicamp ) em 1985. Ingressou na Petrobras Distribuidora S/A em 1986 como profissional de Suporte Técnico em Produtos. E atualmente exerce a função de Consultor Técnico Sênior.

A despeito das diferenças de projeto mecânico, princípios e métodos de operação a função de todos os tipos de compressores de gases de refrigeração é a mesma: elevar a pressão do gás de refrigeração, comprimindo-o em espaço de menor volume. Os compressores de refrigeração usualmente envolvidos nos processos de produção de frio são do tipo recíprocos, rotativos do tipo parafusos, centrífugos e scroll.

Figuras 1/2 – Compressor de refrigeração recíproco e rotativo do tipo parafusos

Características dos óleos para compressores de refrigeração

Com respeito aos óleos lubrificantes utilizados em compressores de refrigeração as características mais relevantes são:

2. Capacidade de fluidez a baixas temperaturas avaliada pelos Ponto de Fluidez e Ponto de Floculação.
3. Compatibilidade entre o óleo lubrificante a ser utilizado no equipamento e o gás refrigerante utilizado no sistema.

Figuras 3/4 – Compressor de refrigeração centrífugo e do tipo scroll

1. PONTO DE FLUIDEZ E PONTO DE FLOCULAÇÃO

A questão do Ponto de Fluidez e do Ponto de Floculação do óleo lubrificante para uso em compressores de refrigeração não deve causar maiores preocupações, contanto que o Ponto de Fluidez do produto seja inferior às temperaturas de operação dos evaporadores.

Figuras 5/6 – O Ponto de Fluidez do óleo lubrificante deve ser inferior à temperatura de operação dos evaporadores

Os separadores de óleo lubrificante e gás refrigerante, geralmente, se localizam entre a descarga do compressor de refrigeração e a válvula de expansão de forma a reter óleo lubrificante que sofreu arraste com o gás refrigerante de forma a impedir a indesejável presença de óleo lubrificante nas linhas de gás refrigerante, principalmente em evaporadores,   com vistas a não ocorrer diminuição da eficiência do sistema de refrigeração. Nos sistemas de refrigeração em que a separação do óleo lubrificante e do gás refrigerante é realizada de forma eficiente por meio de separadores  e em que se realizam descargas de fundo periódicas, pouquíssimo óleo lubrificante atingirá a válvula de expansão.

Figuras 7/8 – Separador de óleo lubrificante e gás refrigerante

As gotículas de óleo lubrificante que não forem retidas no separador de óleo lubrificante e gás refrigerante  serão  transportadas juntamente com o gás refrigerante para a região de baixa pressão do sistema de refrigeração, contanto que a velocidade do gás refrigerante  seja suficientemente alta.  Se a velocidade do gás refrigerante não for  suficientemente alta para transportar as gotículas em suspensão de óleo lubrificante de volta ao compressor, elas sofrerão coalescimento nas tubulações de transporte de gás refrigerante, serão acumuladas nas partes mais baixas do sistema de refrigeração e poderão ser drenadas. Acúmulo de óleo lubrificante em qualquer linha de passagem de gás refrigerante, porém,  levará ao aumento da resistência ao escoamento do gás refrigerante, sendo bastante indesejável que isto ocorra nas serpentinas dos evaporadores  visto que isto reduzirá a eficiência de troca térmica.

Figuras 9/10 – Acúmulo de óleo lubrificante nas linhas aumenta a resistência ao escoamento do gás refrigerante e diminui a eficiência térmica dos evaporadores

Compatibilidade é fundamental

Em resumo: se o gás refrigerante não for miscível com o óleo lubrificante, o Ponto de Fluidez do óleo lubrificante deverá ser inferior às temperaturas de serviço dos evaporadores

2. COMPATIBILIDADE ENTRE O ÓLEO LUBRIFICANTE E O GÁS REFRIGERANTE

O problema    da   compatibilidade  entre o óleo lubrificante e o gás refrigerante tem se agravado em função do aumento no uso de gases refrigerantes à base de hidrofluorocarbonetos livres    de  cloro ( HFCs são comumente conhecidos como freons ) tais como HFC-134a ( R-134a ).

Os óleos  lubrificantes  para   compressores de  refrigeração    de  base  naftênica,  por  exemplo,   são  compatíveis  com    os  gases       refrigerantes   NH3   ( amônia ),   CFC    ( clorofluorocarbonos ),      HCFC ( hidroclorofluorocarbonos )   tais   como R-717,  R-11,  R-12,  R-13,   R-113,  R-114, R-115, R-22, R-141b, R-500, R-501, R-502 mas não são recomendados para  uso com HFC ( hidrofluorocarbonos ) como o HFC-134a.

Figura 11 – A compatibilidade com o gás refrigerante é fundamental na seleção do óleo lubrificante a ser utilizado

Podemos dizer, então, que compressores de refrigeração envolvem considerações especiais referentes ao gás refrigerante utilizado e às temperaturas de operação dos evaporadores. Em face das reações químicas que alguns gases refrigerantes causam aos óleos lubrificantes, particularmente a amônia ( NH3 ), e os efeitos físicos que as baixas temperaturas podem causar a alguns tipos de aditivos e a certas frações dos óleos lubrificantes de base mineral ou sintéticos, é de suma importância que a seleção do óleo lubrificante para uso em compressores de refrigeração seja muito criteriosa.

Tendo em vista  haver  sistemas de refrigeração que utilizam gases refrigerantes miscíveis e imiscíveis aos óleos lubrificantes, é sempre recomendável que sejam seguidas as recomendações dos OEMs  e do provedor de lubrificantes em termos de seleção de viscosidade, Ponto de Fluidez, tipo de base do óleo lubrificante e outras requisitos.

Figuras 12/13 – Importante é seguir as recomendações do OEM e do provedor de lubrificantes para evitar situações inesperadas

Com respeito às questões anteriormente mencionadas, os óleos lubrificantes utilizados em compressores de refrigeração devem possuir as seguintes qualificações:

1. ESTABILIDADE QUÍMICA: para resistir à oxidação a elevadas temperaturas de descarga do compressor o óleo lubrificante deve ter conteúdo bastante baixo de hidrocarbonetos insaturados de forma a evitar a precipitação de vernizes nas válvulas de expansão.

Figuras 14/15 – Resistência à oxidação a elevadas pressões e temperaturas de descarga ocorrentes em compressores de refrigeração

2. BAIXO PONTO DE FLUIDEZ: é importante que o conteúdo de cristais parafínicos seja suficientemente reduzido de forma a satisfazer as condições de baixa temperatura do sistema a fim de que o óleo lubrificante não venha a se tornar gelatinoso e congelar nas regiões de baixa temperatura do sistema de refrigeração.

Figuras 16/17 – Baixo Ponto de Fluidez: evitar a gelificação do óleo lubrificante às baixas temperaturas de operação do sistema de refrigeração

3. BAIXO PONTO DE FLOCULAÇÃO: estar livre de cristais de parafina ou qualquer outro tipo de material que possa se separar da massa de óleo lubrificante e obstruir filtros de óleo lubrificante, válvulas e tubos capilares. Dá indicação, também, do conteúdo de umidade presente no óleo lubrificante.

Figuras 18/19 – Formação de cristais de parafina no óleo lubrificante pode provocar obstrução de filtros de óleo lubrificante, válvulas e tubos capilares

4. ELEVADA RIGIDEZ DIELÉTRICA: especialmente importante para unidades de refrigeração hermeticamente seladas em que a umidade presente no óleo lubrificante não pode ser removida.

Figuras 20/21 – Rigidez Dielétrica: indicação de umidade presente e importante característica para óleos lubrificantes utilizados em compressores herméticos

5. GRAU DE VISCOSIDADE ADEQUADO: característica fundamental do óleo lubrificante com vistas a satisfazer às condições mecânicas do compressor de refrigeração após se considerar a questão da miscibilidade ou imiscibilidade entre o óleo lubrificante e o gás refrigerante.

Figuras 22/23 – O grau de viscosidade do óleo lubrificante deve levar em conta o projeto do compressor e a miscibilidade ou imiscibilidade no gás refrigerante

6. BAIXA VOLATILIDADE: com vistas a se reduzir a vaporização do óleo lubrificante, a contaminação do gás refrigerante às elevadas temperaturas e pressões de descarga e a formação de depósitos carbonosos em placas de válvulas de sucção e  descarga de compressores recíprocos.

7. BOA CARACTERÍSTICA ANTI-ESPUMANTE: a capacidade de liberar fácil e rapidamente gás refrigerante dissolvido no óleo lubrificante de forma a evitar excessiva formação de espuma que possa provocar cavitação na bomba de óleo lubrificante e lubrificação deficiente entre os componentes móveis do compressor.

Em resumo podemos dizer que os compressores de refrigeração são equipamentos de extrema importância em processos industriais e comerciais que necessitem de  temperaturas de operação bastante baixas como as demandadas por frigoríficos, armazenamento de bens alimentícios perecíveis, sistemas de ar condicionado etc.

Figuras 24/25 – Armazenamento de bens alimentícios perecíveis e frigoríficos

Os compressores de refrigeração   com boa manutenção por utilizar óleos adequados e tendo as cargas de óleo lubrificante drenadas nos intervalos de operação recomendados pelos OEMs,  terão prolongada vida útil em serviço e disponibilidade extremamente elevadas.