UNESP / FE-G / DEE - Interfaceamento e Controle Eletro-Eletrônico – Laboratório 05
Interfaceamento e Controle Eletro-Eletrônico
Laboratório 5 - Sistema de Condicionamento de Ar
1. O Sistema de Condicionamento de Ar
Aquecer uma habitação é uma tarefa bastante fácil. Tudo que se necessita é um aquecedor,
sendo que um aquecedor é definido como um elemento que transforma a energia elétrica em calor.
Além do aquecedor, muitos outros dispositivos transformam energia elétrica em calor, entre eles se
pode citar os fornos elétricos, os tostadores, os soldadores, etc.
Mas e a transformação inversa, de energia elétrica em frio? Esta transformação é baseada na
lei dos gases perfeitos que diz que um gás mantido sob alta pressão ao se expandir, aumentando seu
volume, tem sua temperatura diminuída. Os equipamentos elétricos que fazem com que esse
processo possa ocorrer são: um compressor para comprimir o gás, um condensador que transforma o
gás em líquido e um ventilador para difundir o frio no ambiente. A Figura 1 apresentada a seguir,
mostra de forma esquemática o processo de resfriamento de um ambiente através de um circuito de
ar-condicionado.
Figura 1 – Diagrama Esquemático de um Sistema de Condicionamento de Ar.
O compressor aspira o gás a baixa pressão para comprimi-lo, expelindo-o altamente
pressurizado, e a temperatura mais alta do que o recebeu. Através de um circuito, o gás chega ao
condensador onde é resfriado com o auxílio de um ventilador. No condensador, o gás resfriado se
transforma em líquido altamente pressurizado. Este líquido irá circular através de um filtro secador
que utilizando materiais higroscópios irá absorver a água presente no gás para evitar o congelamento
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do circuito quando o gás se expandir. Assim, a partir do filtro secador o gás estará em seu estado
líquido (mas sem água) e altamente pressurizado. Quando o líquido chega à válvula de expansão,
tanto a pressão como a temperatura caem, obtendo-se uma mistura gás/líquido com uma temperatura
no ponto de vaporização do gás. Este mistura alcança então a unidade de refrigeração que consiste
de um ventilador e de um evaporador. O ventilador irá impulsionar o ar proveniente do ambiente
que se quer resfriar (cf. Figura 2) através do evaporador. Esse ar resfriado e o calor liberado no
processo fazem com que o gás refrigerante se evapore; o ar resfriado é então enviado ao ambiente.
Desta maneira, o ar quente obtido do ambiente é reciclado e devolvido ao ambiente à uma
temperatura mais baixa. O gás refrigerante a baixa pressão que deixa o evaporador volta ao
compressor, onde sua pressão é aumentada, com o gás quente sendo injetado novamente no sistema
completando-se o ciclo de refrigeração. A Figura 2 apresenta o diagrama geral do sistema.
Figura 2 – Diagrama Geral da Instalação do Sistema de Condicionamento de Ar.
Conforme se pode observar na Figura 2, o ar que deixa o ventilador, circula através do
condutor atravessando o circuito do evaporador. O ar frio entra no ambiente e circula pela habitação
e depois retornando então ao ventilador através de um outro circuito para ser reciclado. O ventilador
mistura o ar de retorno do ambiente com o ar fresco na proporção de 9:1 respectivamente.
O funcionamento do sistema elétrico tem início a partir do termostato que capta o instante
em que a temperatura supera certo nível, fazendo com que se abra a válvula solenóide que ativa o
funcionamento do compressor e do ventilador. Uma vez o processo iniciado, o ar frio passa através
do circuito do ventilador e esfria a habitação. Quando a temperatura alcança o nível desejado, a
válvula solenóide se fecha e a circulação de gás é interrompida. O compressor continua a funcionar
até que todo o gás que tiver ficado no circuito após o fechamento da válvula seja retirado, quando o
interruptor de baixa pressão se desconecta. Neste momento o sistema estará pronto para recomeçar
seu funcionamento.
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2. Os Sistemas Elétrico e de Controle
O sistema tem três motores, o motor do compressor que é o maior dos três, o motor do
condensador e o motor do ventilador. A Figura 3 apresenta o diagrama de força do sistema elétrico.
O aquecedor será tratado mais a frente. O sistema de potência deve incluir um interruptor principal,
uma chave e um contator para cada motor (além do relé de sobrecarga).
Figura 3 – Diagrama Trifásico do Sistema de Força.
O sistema de controle pode ser dividido em cinco partes: o controle do ventilador, da válvula
solenóide, do condensador, do compressor e do aquecedor. Quando a chave geral do sistema S1 é
fechada, o contator do ventilador deve se fechar imediatamente para que o ar comece a circular pela
habitação. Se a habitação estiver quente, o contato do termostato se fecha e a válvula solenóide deve
se abrir. Na seqüência o condensador deve ser energizado, seguido pelo compressor (quando o
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condensador funciona o compressor também funciona), o que faz com que a totalidade do circuito
de resfriamento esteja funcionando.
A válvula LP controla o funcionamento do condensador: enquanto o gás na entrada da
válvula LP estiver acima de uma certa pressão, a válvula fica aberta e o compressor permanece
funcionando; quando a pressão na entrada da válvula LP baixar de um certo nível o pressostato
fecha a válvula LP e o condensador deve deixar de funcionar o que deve fazer com que o
compressor também deixe de funcionar (após o desligamento do condensador), ou seja, se o
condensador deixar de funcionar por qualquer razão o compressor deve também deixar de funcionar.
Quando a habitação se esfria, o contato do termostato irá abrir, o que deve fazer com que a
válvula solenóide se feche, fazendo com que o gás deixe de circular no sistema. Após a válvula ter
se fechado, o condensador e o compressor devem continuar a funcionar até que o pressostato da
válvula LP verifique que a pressão na admissão da válvula está em nível baixo. Neste momento o
condensador primeiramente e o compressor após, devem deixar de funcionar. Este funcionamento
“residual” é necessário para que se recolha todo o gás da linha de baixa pressão evitando que o
mesmo se transforme em líquido. A este processo se dá o nome de bombeamento de baixa. Se por
alguma razão o pressostato da válvula HP indicar alta pressão na linha, o sistema deve ser desligado.
O sistema deve prever uma maneira (um temporizador) para evitar que em qualquer situação o
compressor dê partida ao mesmo tempo que o condensador (o compressor deve ligar após o
condensador).
Conforme se pode observar nas Figuras 1 e 3, o sistema tem também um aquecedor para os
dias frios. Assim, o sistema deve prever uma chave que selecione se o sistema estará funcionando no
modo verão (sistema de resfriamento) ou inverno (sistema de aquecimento). O sistema de
resfriamento foi apresentado acima. Quando o sistema estiver funcionando no modo verão deve-se
garantir que em hipótese alguma a aquecedor seja ligado. Da mesma maneira, quando o sistema
estiver funcionando em modo inverno se deve garantir que em hipótese nenhuma o compressor e o
condensador sejam ligados, nem que a válvula solenóide possa ser atuada.
No modo inverno o sistema, quando verificar que o termostato indica uma temperatura baixa
(LOW T.) deve ligar o aquecedor e o ventilador, desligando-os quando a temperatura atingir o nível
desejado (HIGH T.). No modo inverno, um interruptor de fluxo (flag switch) verifica o fluxo de ar
que passa pelo aquecedor. Quando não houver fluxo de ar o aquecedor e o ventilador devem ser
desenergizados para evitar um incêndio.
Tarefas:
Desenvolver o diagrama de controle para o sistema, respeitando as condições dadas acima e
testar o sistema desenvolvido com a unidade SIM-129. Não é necessária a conexão do sistema
trifásico, unicamente das lâmpadas sinalizadoras (220 V) da unidade SIM-129.
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