Diagnóstico e solução de problemas: Desempenho insuficiente de um sistema de refrigeração industrial

1. Descrição do problema e âmbito de aplicação

Este manual foi elaborado para diagnosticar e solucionar problemas de sistemas de refrigeração industrial com baixo desempenho, ou seja, incapazes de remover o calor projetado do processo ou manter a temperatura desejada do líquido refrigerante. Tal situação pode levar à redução da eficiência da produção, danos aos equipamentos, aumento do consumo de energia e, em casos críticos, à parada completa do processo. O problema abrange uma ampla gama de equipamentos, incluindo resfriadores, torres de resfriamento, resfriadores secos, trocadores de calor e estações de bombeamento e sistemas de circulação de refrigerante associados. Classificação da gravidade do problema:

• Crítico: Parada total da linha de produção, risco de danos aos equipamentos principais, não conformidade dos produtos com os padrões de qualidade. Requer diagnóstico e intervenção imediatos.
• Significativo: Redução na produtividade da linha de produção, aumento do consumo de energia, superação das temperaturas do processo de projeto. Requer atenção urgente.
• Menor: Pequenos desvios das temperaturas ideais, ativação periódica de sinais de emergência, redução da eficiência energética. Requer diagnósticos agendados.

2. Precauções

CUIDADO: Ao trabalhar com sistemas de refrigeração industriais, existe o risco de contato com altas tensões, peças móveis, fluidos sob pressão, temperaturas extremas e substâncias quimicamente agressivas. O não cumprimento das instruções de segurança pode resultar em ferimentos graves ou morte.

• Bloqueio/Etiquetagem: Sempre aplique procedimentos de bloqueio e etiquetagem (LOTO) de acordo com EN ISO 14118 e DSTU EN 1037:2003 antes de realizar qualquer trabalho que exija acesso a componentes elétricos ou mecânicos. Verifique a ausência de tensão com um multímetro com classe de proteção adequada (CAT III/IV).
• Energia residual: Certifique-se de que todos os armazenamentos de energia (capacitores, molas, acumuladores de pressão) estejam descarregados ou travados. Em sistemas com refrigerante, é possível alta pressão mesmo quando o equipamento está desligado.
• Equipamento de proteção individual (EPI): Use sempre EPI apropriado: óculos ou escudo de segurança, luvas (resistentes ao calor, resistentes a produtos químicos), roupas de proteção, sapatos de proteção. Ao trabalhar com refrigerantes, use luvas criogênicas especiais e proteção facial.
• Refrigerantes: O trabalho com refrigerantes deve ser realizado por pessoal qualificado em conformidade com a EN 378 e os requisitos para trabalhar com gases sob pressão. Forneça ventilação adequada.
• Superfícies quentes: Alguns componentes (compressores, linhas de descarga) podem estar extremamente quentes. Use um termômetro ou termovisor para avaliar a temperatura antes do contato.
• Partes rotativas: Evite contato com ventiladores, correias e polias quando o equipamento estiver em operação.

3. Ferramentas de diagnóstico necessárias

Para diagnóstico e solução de problemas precisos, você deve ter o seguinte conjunto de ferramentas que atendam aos padrões CE e UkrSEPRO:

4. Lista de verificação de avaliação inicial

Antes de iniciar um diagnóstico detalhado, é fundamental coletar informações preliminares e realizar uma inspeção visual. Isso localizará o problema e evitará medições desnecessárias.

5. Algoritmo de diagnóstico sistemático

Este algoritmo fornece uma abordagem consistente para diagnosticar o problema de desempenho insuficiente do sistema de refrigeração.

1. Verificação da carga térmica:
   1. Determine a carga térmica real do processo.
      • SE a carga real exceder significativamente o projeto ENTÃO motivo possível: exceder os parâmetros de projeto do sistema.
      • SE a carga real for igual ou menor que a carga de projeto ENTÃO vá para o ponto 1b.
   2. Verifique os sensores de temperatura e fluxo que medem a carga térmica.
      • SE os sensores estiverem com defeito ou mostrarem dados incorretos ENTÃO motivo: mau funcionamento dos dispositivos de medição.
      • SE os sensores estiverem funcionando ENTÃO vá para o ponto 2.
2. Avaliação da circulação de fluidos (água, salmoura):
   1. Meça a pressão e a queda de temperatura no evaporador/condensador.
      • SE a queda de pressão for alta e a queda de temperatura for baixa ENTÃO causa possível: baixo fluxo de fluido ou contaminação do trocador de calor.
      • SE a pressão e a temperatura caírem normais ENTÃO vá para o ponto 2b.
   2. Verifique as bombas de circulação.
      • Meça o consumo de corrente do motor da bomba.
      • Meça as pressões de descarga e sucção da bomba.
      • SE a corrente estiver abaixo do normal e a pressão estiver baixa ENTÃO causa possível: cavitação, desgaste do impulsor ou ar no sistema.
      • SE a corrente for superior ao normal e a pressão for baixa ENTÃO causa possível: emperramento, mau funcionamento do motor.
      • SE a bomba estiver funcionando normalmente ENTÃO vá para 2c.
   3. Verifique os filtros e a tubulação.
      • SE os filtros estiverem sujos ou as válvulas parcialmente fechadas ENTÃO causa: entupimento ou configuração incorreta.
      • SE o sistema de circulação de fluidos estiver normal ENTÃO vá para o ponto 3.
3. Análise do refrigerante e do ciclo de refrigeração:
   1. Conecte a estação manométrica.
      • Meça a pressão de sucção e descarga.
      • Meça as temperaturas de sucção do compressor e de saída do evaporador (para superaquecimento).
      • Meça a temperatura na saída do condensador e na entrada do TRV (para subresfriamento).
   2. Diagnóstico baseado em indicações:
      • SE baixa pressão de sucção, baixa pressão de descarga, alto superaquecimento ENTÃO causa provável: carga insuficiente de refrigerante.
      • SE alta pressão de sucção, alta pressão de descarga, baixo superaquecimento ENTÃO causa provável: sobrecarga de refrigerante ou presença de gases não condensáveis.
      • SE alta pressão de descarga, alto superaquecimento, baixo subresfriamento ENTÃO causa provável: Contaminação do condensador ou fluxo insuficiente de refrigerante através do condensador.
      • SE baixa pressão de sucção, alto superaquecimento, baixo subresfriamento ENTÃO causa provável: mau funcionamento do TRV (bloqueado, fechado) ou filtro secador parcialmente entupido.
      • SE o refrigerante estiver normal ENTÃO vá para o ponto 3c.
   3. Verifique o estado do compressor.
      • Ouça ruídos incomuns.
      • Meça a vibração.
      • Meça o consumo atual.
      • SE ruídos incomuns, vibração elevada ou corrente anormal ENTÃO motivo: falha do compressor.
      • SE o compressor estiver funcionando ENTÃO vá para o ponto 4.
4. Avaliação da eficiência da troca de calor (evaporador, condensador, torre de resfriamento):
   1. Visão geral dos trocadores de calor.
      • SE sinais claros de contaminação (poeira, incrustações, depósitos biológicos) nas aletas do condensador ou dentro dos tubos do evaporador ENTÃO motivo: contaminação das superfícies de troca de calor.
      • Usando um termovisor para detectar zonas frias/quentes que indicam entupimento.
      • SE não houver contaminação óbvia ENTÃO vá para 4b.
   2. Verificação dos ventiladores da sala de resfriamento/condensador.
      • Meça a velocidade de rotação e o consumo de corrente.
      • Verifique o estado das pás do ventilador, correias e motor.
        • SE velocidade de rotação reduzida, lâminas danificadas, vibração elevada ENTÃO razão: mau funcionamento do grupo de ventiladores, fluxo de ar insuficiente.
        • SE os ventiladores estiverem funcionando normalmente ENTÃO vá para 4c.
   3. Análise da qualidade da água na torre de resfriamento.
      • SE alta dureza, alta condutividade, presença de depósitos biológicos ENTÃO motivo: tratamento ineficaz da água, que leva à formação de incrustações e bioincrustação.
      • SE todas as etapas anteriores não revelaram a causa ENTÃO uma revisão completa dos dados do projeto e uma possível auditoria do sistema.

6. Matriz de avarias e causas

A tabela a seguir apresenta sintomas típicos, causas prováveis (classificadas por probabilidade), testes diagnósticos necessários e resultados esperados.

7. Análise da causa raiz para cada mau funcionamento

7.1. Enchimento insuficiente de refrigerante

Explicação: Este é um dos motivos mais comuns para a diminuição do desempenho do sistema. O vazamento de refrigerante pode ser causado por danos mecânicos nas tubulações, conexões com vazamento, vedações desgastadas ou soldas porosas. Mesmo vazamentos pequenos, mas constantes, levam a uma perda significativa de refrigerante ao longo do tempo. A redução da quantidade de refrigerante reduz o fluxo de massa através do sistema, o que leva a uma queda na pressão de sucção, aumento do superaquecimento e redução da capacidade de resfriamento.

Confirmação: Medir as pressões e temperaturas do refrigerante com uma estação manométrica mostrará uma pressão de sucção anormalmente baixa (abaixo de 2 bar para R-134a com evaporação de 0 °C) e superaquecimento normalmente alto (acima de 10-12 °C). A utilização de um detector electrónico de fugas com sensibilidade até 3 g/ano (de acordo com EN 14624) permitirá localizar a localização da fuga.

Consequências: Se não for corrigido, isso leva ao superaquecimento do compressor (devido ao resfriamento insuficiente do motor pelo vapor refrigerante), aumento do desgaste das peças mecânicas, danos ao isolamento do motor e, eventualmente, falha do compressor.

7.2. Contaminação de superfícies de troca de calor (evaporador, condensador)

Explicação: Redução da eficiência da troca de calor devido ao acúmulo de impurezas. Em condensadores resfriados a ar, pode haver poeira, penugem e insetos na superfície externa das lamelas. Em condensadores e evaporadores de resfriamento de água, trata-se de incrustações, depósitos biológicos e produtos de corrosão nas superfícies internas dos tubos. A contaminação cria resistência térmica, o que impede a transferência eficiente de calor entre o refrigerante e o meio resfriado.

Confirmação: Inspeção visual das superfícies disponíveis. Medição da diferença de temperatura entre o refrigerante e o refrigerante: para o condensador de refrigeração a água, ΔT pode exceder 5-7 °C, para o evaporador - 3-5 °C. O termovisor detectará áreas “frias” ou “quentes”, indicando entupimento local. Aumento da pressão de descarga (para um condensador sujo) ou redução da pressão de sucção (para um evaporador sujo).

Consequências: Aumento do consumo de energia (o compressor trabalha com carga aumentada), redução da capacidade de refrigeração, desgaste prematuro do compressor devido ao aumento da pressão de descarga ou pressão de sucção insuficiente. Em casos extremos, a proteção de alta/baixa pressão é acionada.

7.3. Fluxo insuficiente de líquido ou meio de resfriamento

Explicação: Isso pode se referir ao fluxo de água/salmoura através do evaporador e ao fluxo de ar/água através do condensador. Motivos: válvulas de corte ou regulação parcialmente fechadas, filtros sujos, mau funcionamento das bombas de circulação (desgaste dos impulsores, cavitação, ar no sistema) ou ventiladores (correias quebradas, mau funcionamento do motor, contaminação das pás). O fluxo insuficiente reduz a eficiência da transferência de calor, limitando a quantidade de calor que pode ser transferida.

Confirmação: Medição de vazão usando um medidor de vazão ultrassônico (compare com o projeto de 1-3 m/s para água). Medição da queda de pressão do evaporador/condensador (um aumento significativo na queda indica entupimento ou fluxo baixo). Verificação do consumo de corrente das bombas/ventiladores (desvio do nominal). Inspeção visual de filtros e válvulas.

Consequências: Diminuição da capacidade de refrigeração, ultrapassagem das temperaturas permitidas do refrigerante e do líquido resfriado, aumento da pressão de descarga (devido ao resfriamento insuficiente do condensador) ou baixa pressão de sucção (devido ao congelamento do evaporador). Risco de danos ao compressor, congelamento do evaporador.

7.4. A presença de gases não condensáveis ​​no sistema

Explicação: Gases não condensáveis ​​(geralmente ar ou nitrogênio) podem entrar no sistema durante a instalação, reparo, através de vazamentos no lado de sucção (quando operando sob vácuo) ou devido à decomposição do refrigerante. Eles se acumulam no condensador, ocupando o volume destinado à condensação do refrigerante, o que leva ao aumento da pressão de injeção e da temperatura de condensação a uma determinada temperatura do refrigerante.

Confirmação: Comparação da pressão de descarga real com a pressão de condensação correspondente à temperatura do refrigerante na saída do condensador. Se a pressão real for significativamente superior (1-2 bar), isso indica a presença de gases não condensáveis. Esta pressão não corresponde à relação “pressão-temperatura” de um refrigerante puro. Usando um analisador de refrigerante (se disponível).

Consequências: Aumento significativo do consumo de energia, aumento do desgaste do compressor, superaquecimento do compressor, redução da capacidade de refrigeração. A longo prazo, pode causar ácidos no sistema, corrosão e falha do compressor.

7.5. Mau funcionamento da válvula termorreguladora (TRV)

Explicação: TRV regula o fluxo de refrigerante para o evaporador, mantendo o superaquecimento constante. Se o TRV ficar preso na posição fechada, o fluxo de refrigerante é reduzido, resultando em baixa pressão de sucção, alto superaquecimento e resfriamento insuficiente. Se estiver travado na posição aberta, muito refrigerante entra no evaporador, o que pode fazer com que o compressor “inunde” com refrigerante líquido.

Confirmação: Com TRV fechado – pressão de sucção muito baixa, superaquecimento muito alto (acima de 15 °C), possível congelamento da linha de refrigerante líquido para TRV. Com o TRV aberto - baixo superaquecimento (abaixo de 3 °C), possível congelamento da linha de sucção do compressor, choques de líquido no compressor. Inspeção visual dos tubos TRV, escuta.

Consequências: Dependendo do tipo de mau funcionamento – superaquecimento do compressor, destruição do grupo de válvulas do compressor devido a choques hidráulicos, redução do desempenho do sistema.

8. Procedimentos passo a passo para solução de problemas

8.1. Eliminação e reabastecimento de vazamento de refrigerante

1. Detecção de vazamentos: Com a ajuda de um detector eletrônico de vazamentos (EN 14624), inspecione cuidadosamente todas as conexões, válvulas, pontos de solda, soldas, vedações, tubos capilares. Preste atenção especial às conexões sujeitas a vibrações.
2. Eliminação do vazamento: Dependendo da natureza do vazamento: apertar as conexões roscadas (torque de aperto de acordo com as recomendações do fabricante, por exemplo, 20-30 Nm para porcas padrão), substituir a junta, realizar soldagem ou reparos de soldagem.

   CUIDADO: Certifique-se de que o sistema esteja desenergizado e bloqueado (LOTO) e que a pressão do refrigerante seja reduzida à pressão atmosférica ou bombeada para o receptor antes de qualquer trabalho de manutenção que exija a despressurização do sistema.

3. Aspiração do sistema: Depois que o vazamento for corrigido, conecte a bomba de vácuo às portas de serviço. Evacue o ar e a umidade para um vácuo profundo de 0,3-0,5 mbar (200-350 mícrons Hg) e mantenha por no mínimo 30 minutos para testar a estanqueidade.
4. Carregamento de refrigerante: Carregue o sistema com novo refrigerante de acordo com a folha de dados do equipamento usando uma balança eletrônica precisa. Normalmente o reabastecimento é feito na fase líquida na linha de líquido ou no receptor (se o sistema estiver funcionando).
5. Verificação operacional: Após o enchimento, acione o sistema e verifique as pressões, superaquecimento (4-8 °C na sucção do compressor) e subresfriamento (4-7 °C na saída do condensador).

8.2. Limpeza de superfícies de troca de calor

1. Contaminação do condensador de resfriamento de ar:

   1. CUIDADO: Antes de limpar o condensador de resfriamento de ar, certifique-se de que todos os ventiladores estejam desligados, desenergizados e travados (LOTO).

   2. Remova a sujeira grande (folhas, penugem) manualmente.
   3. Lave as lamelas com jato de água sob pressão (máx. 10-15 bar) ou ar comprimido de dentro para fora. Use detergentes especiais para limpar as venezianas se a contaminação for grave. Siga as instruções do fabricante do detergente.
   4. Verifique o estado das ripas. As lamelas amassadas podem ser cuidadosamente endireitadas com um pente especial.
2. Contaminação do condensador e evaporador de resfriamento de água:

   1. CUIDADO: Antes da limpeza química ou desmontagem, certifique-se de que o sistema esteja desenergizado e bloqueado (LOTO) e que o líquido refrigerante seja drenado.

   2. Drene o líquido refrigerante do circuito.
   3. Lave o trocador de calor com uma solução de um agente químico especial para remover incrustações ou depósitos biológicos. O procedimento deve ser realizado de acordo com as instruções do fabricante do trocador de calor e detergente, utilizando bomba de circulação e controlando o pH da solução. Soluções à base de ácido cítrico ou sulfâmico são usadas para remover incrustações e biocidas são usados ​​para bioincrustação.
   4. Após a lavagem, neutralize a solução e enxágue abundantemente o trocador de calor com água limpa até que o pH seja neutro.
   5. Verifique a qualidade da lavagem visualmente ou com um endoscópio.

8.3. Restauração do fluxo de fluido

1. Verifique e ajuste as válvulas: certifique-se de que todas as válvulas de bloqueio estejam totalmente abertas e que as válvulas de controle estejam operando corretamente e ajustadas para o fluxo projetado.
2. Limpeza dos filtros:

   CUIDADO: Antes de abrir o filtro, certifique-se de que a pressão no circuito foi aliviada.

   Abra e limpe os filtros grossos e finos. Substitua os elementos do filtro se estiverem muito sujos ou danificados.
3. Sangria do sistema: Use saídas de ar nos pontos mais altos do sistema. Ligue a bomba e abra gradualmente as saídas de ar até que a água flua sem bolhas.
4. Diagnóstico e reparo de bombas:
   1. Se os parâmetros medidos da bomba (corrente, pressão, vibração) indicarem mau funcionamento, desmonte-a (após LOTO e drenagem do líquido).
   2. Inspecione o impulsor quanto a desgaste, danos ou entupimento.
   3. Verifique o estado dos rolamentos e vedações.
   4. Repare ou substitua componentes defeituosos. Monte a bomba, verifique o alinhamento dos eixos (tolerância de desalinhamento não superior a 0,05 mm).

8.4. Remoção de gases não condensáveis

CUIDADO: Este procedimento requer conhecimento de técnicas de refrigeração e pode liberar refrigerante na atmosfera, a menos que seja utilizado equipamento de recuperação especial.

1. Conecte a estação de serviço ao ponto mais alto do capacitor.
2. Resfrie o condensador (se possível) para reduzir a pressão do refrigerante.
3. Abra lentamente a válvula para liberar gases não condensáveis. Este procedimento é fundamental, pois o refrigerante também será perdido durante a digestão rápida. Use o método de controle de temperatura/pressão para determinar quando o refrigerante puro começa a sangrar.
4. Recomenda-se o uso de separadores automáticos de gases não condensáveis ou o contato com uma empresa de serviços especializada para limpeza profissional.

8.5. Reparação ou substituição de TRV

1. ATENÇÃO: Antes de substituir o TRV é necessário bombear o refrigerante de parte do sistema ou totalmente para dentro do receptor, e em seguida bloquear o equipamento (LOTO).

2. Drene o refrigerante do circuito do evaporador.
3. Desmonte o TRV com defeito. Preste atenção na posição correta do balão térmico e na sua fixação.
4. Instale o novo TPR, certificando-se de que a direção do fluxo esteja correta e que a termoball esteja bem fixada (na posição horizontal, no topo da linha de sucção, de preferência após o trocador de calor, se aplicável).
5. Aspire o circuito e abasteça com refrigerante (ver ponto 8.1).
6. Ajuste o superaquecimento TRV de acordo com as recomendações do fabricante (normalmente 4-8 °C).

9. Medidas preventivas

A prevenção é um elemento chave para a operação confiável do sistema de refrigeração.

10. Peças sobressalentes e componentes

A disponibilidade de peças de reposição críticas no armazém é uma garantia de rápido restabelecimento da operacionalidade do equipamento. Consulte o catálogo eletrônico UNITEC-D para fazer o pedido.

11. Links

• DSTU EN 1037:2003 Segurança de máquinas. Prevenção de arranques inesperados (EN 1037:1995, IDT).
• EN ISO 14118:2018 Segurança de máquinas — Prevenção de arranques inesperados.
• EN 378 (todas as partes) Sistemas de refrigeração e bombas de calor — Requisitos de segurança e ambientais.
• EN 14624:2012 Desempenho de detectores de vazamento e métodos de teste de vazamento para refrigerantes.
• Manuais de operação e manutenção de fabricantes de refrigeração (ex. Daikin, Carrier, Trane, Bitzer).
• Seções relevantes da ISO 50001 (Sistemas de Gestão de Energia) e ISO 14001 (Sistemas de Gestão Ambiental) sobre eficiência energética e gestão de refrigerantes.
• Recomendações UNITEC-D para seleção ideal de componentes para sistemas de refrigeração.