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Lubrificação especial para Compressores de Amônia

03. November 2016

Lubrificação especial para Compressores de Amônia

Confira os benefícios de nossos lubrificantes

*Artigo escrito por Diego Bratkoski, Consultor Técnico da indústria alimentícia. Clique aqui para entrar em contato.

Benefícios gerados com o uso de óleo sintético em compressores de refrigeração na indústria de alimentos com gás amônia.

Ao longo dos anos, observamos um aumento significativo da utilização do óleo sintético em compressores e sistemas de refrigeração. Atribuímos esse comportamento ao fato das grandes empresas comprovarem as vantagens, inclusive econômicas, da substituição do óleo mineral.

De maneira geral, os óleos sintéticos começaram a ser aplicados nas indústrias em razão dos seus grandes benefícios, especialmente úteis na indústria de alimentos. Os lubrificantes formam uma película entre as superfícies com a finalidade de reduzir o atrito e o desgaste, controlar o calor, remover contaminantes e controlar a corrosão.

Óleos lubrificantes são fundamentais para o funcionamento dos compressores de refrigeração, pois atuam no controle da temperatura e na lubrificação das partes móveis, além da admissão de particulados abrasivos nos mancais e rolamentos.

Neste artigo abordaremos o uso de óleos sintéticos polialfaolefinas (PAO ou HCS) em compressores de refrigeração com gás amônia, pois é o mais utilizado nas grandes indústrias de alimentos do Brasil. Em compressores de refrigeração de amônia os óleos utilizados são de base naftênica e parafínicos.

Comparativo geral entre óleos minerais e sintéticos

Os óleos minerais geram mais arraste para a rede em razão do baixo peso molecular de sua cadeia, expresso pela sigla BPM. Além disso, o alto peso molecular representado pela sigla APM é responsável pela fluidez do óleo lubrificante e pela formação de vernizes e lacas nas máquinas.

Já os óleos sintéticos apresentam maior estabilidade de cadeia e esta característica é refletida na redução do arraste e da formação de borras e vernizes.

Nas figuras a seguir demonstramos as diferenças das cadeias moleculares entre óleos de base mineral e sintético que produzem resultados notáveis para os compressores.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Problemas encontrados com o uso de óleo mineral:

  • Período de trocas de óleo muito curto;
  • Acumulo de óleo na rede;
  • Perda de eficiência;
  • Alta reposição de óleo devido ao arraste;
  • Aumento significativo da viscosidade do óleo com poucas horas de trabalho;
  • Filtros de óleo saturados com poucas horas de uso, gerando alto custo com a reposição;
  • Formação de espuma;
  • Formação de resíduos de carbono;
  • Óleo drenado muito escuro;
  • Vazamentos pelo selo mecânico.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Benefícios associados ao uso de óleo sintético em compressores de refrigeração com gás amônia:

  • Menor reposição de óleo;
  • Estabilidade térmica;
  • Estabilidade à oxidação;
  • Menor arraste para rede;
  • Redução no consumo de energia;
  • Maior intervalo de troca de óleo e filtros;
  • Menor formação de espuma;
  • Maior estabilidade química com amônia;
  • Menor formação de resíduos de carbono e vernizes;
  • Possibilidade de reaproveitamento de óleo;
  • Isenção de HPAs.

Compressores de refrigeração

A refrigeração é um processo necessário para os mais diversos tipos de indústria de alimentos como: Carnes, bebidas, pães, pastas, frutas e verduras, chocolates, pois cria uma atmosfera adequada ao manuseio e conservação destes alimentos. Na grande parte dos casos é necessário o uso de compressores de refrigeração, objeto de estudo deste artigo.

Em compressores de refrigeração o óleo tem a função de lubrificação dos mancais e rolamentos, vedação do líquido entre os fusos e arrefecimento dos elementos da máquina.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A selagem ou vedação refere-se ao espaço entre as engrenagens dos rotores e a periferia dos mesmos na câmara de compressão onde é injetado volume suficiente para redução da fuga e provocando um resfriamento do fluído.

 

 

 

 

 

 

Resistência à Oxidação

A resistência à oxidação é uma característica fundamental para óleos de compressores, pois é a capacidade de se manter estável na presença de oxigênio. A oxidação aumenta a viscosidade do óleo.

Quando o sistema de refrigeração absorve ar, temos então a presença de ar e água. Esses elementos, com a temperatura gerada do processo de compressão, irão gerar reações de oxidação e nitração onde o resultado será ácidos orgânicos e produtos que escurecem o óleo, degradando suas propriedades de lubrificante.

O processo posterior pode resultar na contaminação de todo o sistema de refrigeração, pois os ácidos orgânicos com amônia resultam em compostos saponificados, como sal e sílica.

A amônia deve ser cristalina e quando apresenta uma coloração um pouco turva, pode ter tido seu o sistema afetado com grande contaminação.

Ponto de Fluidez

Uma das características importantes que devem ser avaliadas na escolha de um óleo para aplicação em compressores de refrigeração é o ponto de fluidez. O ponto de fluidez é a temperatura mais baixa em que um óleo, resfriado sob condições de teste, ainda flui.

O ponto de fluidez de um óleo lubrificante deve ser bem abaixo da menor temperatura do sistema, pois caso este ponto seja elevado existe a tendência de congelar nas paredes dos tubos do evaporador. Com isso, há uma perda de eficiência do equipamento que gera alto custo com o consumo de energia para efetuar esta troca térmica.

Óleos sintéticos possuem pontos de fluidez abaixo de -45º C (conforme norma DIN ISO 3016).

Conforme informação em catálogos técnicos, 0,1 milimetro de espessura de filme lubrificante pode acarretar uma perda na troca de calor acima de 50%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Indíce de Viscosidade

Em aplicações de óleos lubrificantes para compressores, um ponto muito importante está na diferença de índices de viscosidade entre eles, conforme figura abaixo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A figura acima representa a variação de viscosidade entre um óleo sintético e um óleo mineral de viscosidade 46 mm2/s ou cst com a alteração da temperatura.

O óleo sintético não recebe alterações na viscosidade como um óleo mineral. Empregando um óleo sintético teremos maior estabilidade no filme lubrificante das partes, reduzindo desgastes e obtendo melhor controle de calor.

Óleos com índices de viscosidade maiores geram bons resultados na selagem do equipamento, além de melhor controle da temperatura, maior vida útil das peças e uma melhor eficiência volumétrica no equipamento.

O gráfico a seguir demostra o comportamento de diferentes óleos lubrificantes para compressores de refrigeração.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solubilidade

Uma característica encontrada nos óleos minerais na produção de lubrificantes é a boa solubilidade com aditivos. Os óleos sintéticos possuem a característica inversa, ou seja, apresenta maior complexidade para a sua produção, devido á dificuldade de solubilidade.

Alguns fluídos refrigerantes têm viscosidades mais baixas que os óleos lubrificantes, como a amônia, e tendem à baixar a viscosidade do óleo o que ocasiona algumas das situações já citadas neste artigo. Isso ocorre com maior frequência em óleos minerais.

Outra implicação está na separação das moléculas do fluído refrigerante e das moléculas do óleo, principalmente no separador. Com isto, ocorre o aumento do arraste de óleo, já que a separação não foi adequada e houve a formação excessiva de espuma que pode gerar problemas de selagem na máquina.

Com a aplicação de óleo sintético em sistemas de refrigeração com NH3, reduzimos o arraste para a rede e aumentamos a eficiência do sistema melhorando a troca térmica e reduzindo o consumo de energia.

A solubilidade com alguns fluídos refrigerantes aumenta o coeficiente de transferência de calor:

 

Eficiência Energética em sistemas de refrigeração

Na indústria de alimentos, onde a refrigeração é fundamental para a qualidade dos seus produtos, é comum a área de utilidades ser responsável por mais de 50% do consumo de energia do site. Por esta razão, toda a melhoria realizada nesta área tende a gerar ótimos resultados operacionais.

Além de todos os benefícios citados que o óleo sintético oferece há ainda o ganho energético de acordo com o efeito de coeficiente de atrito menor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A economia depende muito do tipo de serviço e da carga que está sendo aplicada ao equipamento. Quanto maior a carga, maiores serão os ganhos.

Para a comprovação deste argumento teórico a medição pode ser feita adotando-se o método reconhecido pelo Protocolo Internacional de Medição e Verificação (IPMVP) com metodologias próprias que é amplamente reconhecido pelas  Empresas Concessionárias de Energia e órgãos internacionais.

Estudo de viabilidade econômica e troca de óleo

Para a realização de uma troca de óleo de salas de refrigeração é possível estruturar um projeto com Paybacks relativamente curtos, para isso é necessário a avaliação de técnicos com conhecimentos adequados para elaboração desta estrutura.

Ao longo dos anos, observamos que não existe um número exato, pois cada indústria possui características particulares que podem influenciar nos cálculos e estimativas.

O mesmo ocorre com as trocas de óleos das salas de máquinas, existe um procedimento para efetuar a limpeza, que deve ser avaliado por técnicos de lubrificação.

Conclusão

Mesmo com todos os benefícios que o óleo sintético proporciona em compressores de refrigeração que operam com gás amônia, ainda existem muitas salas de máquinas com óleos minerais. Influenciados por muitos fatores, dentre eles a ilusão de redução do custo em razão do preço baixo.

A substituição de um óleo mineral por um sintético proporciona o aumento da confiabilidade do equipamento e o aumento nos intervalos entre trocas de óleo. Além disso, para justificar financeiramente a troca em um prazo curto é possível medir a redução do consumo de energia, que deve ser comprovada por meio do processo complexo de medição e verificação.

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