BRPI1005757A2 - màdulo de controle automÁtico para compressor - Google Patents

Abstract

MàDULO DE CONTROLE AUTOMÁTICO PARA COMPRESSOR.A presente invenção refere-se a um módulo de controle automático para compressor, em específico, para um compressor composto por múltiplos pólos (conseqüentemente, capaz de funcionar em diferentes velocidades); O módulo (2) é integrado por pelo menos um comutador de contatos elétricos (3) de acionamento elétrico e por pelo menos dois comutadores de contatos elétricos (4 e 5) de acionamento baseados em diferença de temperatura; a associação do comutador de contatos elétricos (3) de acionamento elétrico e dos comutadores de contatos elétricos de acionamento (4 e 5) baseados em diferença de temperatura é responsável pela seleção dos pólos do compressor (1) a serem eletricamente alimentados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÓDULO DE CONTROLE AU- TOMÁTICO PARA COMPRESSOR".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um módulo de controle automático para compres- sor, em específico, para um compressor composto por múltiplos pólos (conseqüentemente, capaz de funcionar em diferentes velocidades). O módulo de controle automático para com- pressor ora revelado faz uso de uma associação de termostatos e relês em substituição às placas eletrônicas microprocessadas utilizadas atualmente para este fim.

Fundamentos da Invenção e Descrição do Estado da Técnica

Resumidamente, sabe-se que compressores são equipamentos industriais utiliza- dos para a alteração da pressão de fluídos em estado gasoso. Este princípio de funciona- mento possibilita, inclusive, a alteração de temperatura dos fluidos de trabalho. Dentre suas diversas aplicações, é comum notar a utilização de compressores em sistemas de refrigera- ção.

Um sistema de refrigeração convencional, cujo objetivo principal consiste em otimi- zar a troca térmica entre uma câmara refrigerada e o meio ambiente, é normalmente com- posto por um compressor, um condensador, um evaporador e um dispositivo de expansão. Estes componentes conformam um circuito pneumático/hidráulico fechado preenchido por fluido refrigerante (fluido de trabalho), o qual é sujeito a variações de pressão, temperatura e volume.

Neste contexto, se observa que a função básica do compressor diz respeito à com- pressão do fluido refrigerante, de modo a aquecê-lo e empurrá-lo para a serpentina, onde o mesmo otimiza a troca de calor da câmara refirgerada com o meio ambiente. O funcionamento do compressor pode variar de acordo com as necessidades do sistema de refrigeraçãorportanto, a atuação do compressor pode ser constante oucíclica.

Em sistemas de refigeração comuns, como por exemplo um sistema de refrigeração instalado em uma geladeira (ou aparelho refrigerador) residencial, a atuação do compressor é ciclica e binária, isto é, o compressor permanece parte do tempo ligado (ciclo de refrigeração) e parte do tempo desligado (ciclo de repouso). Neste caso, a comutação entre estes dois estados é realizada de acordo com a temperatura da câmara refrigerada, sendo que o mencionado compressor é diretamente comutado pelo sensor de temperatura (geralmente um termostato) ou dispositivo equivalente.

Este funcionamento cíclico e binário do compressor, o qual resulta ora em temperaturas "altas", ora em temperaturas "baixas", apresenta, porém, aspectos negativos relacionados à eficácia e ao consumo de enrgia elétrica do sistema de refrigeração.

Sob esta óptica, pode-se afirmar que o ciclo de refrigeração necessita ser extremamente longo (devido ao grande gradiente de temperatura), afinal, este ciclo inicia-se imediatamente após um ciclo de repouso. Notadamente, longos ciclos de refrigeração (compressor ligado) resultam em grandes consumos de energia elétrica.

Visando solucionar estes inconveneinetes foram desenvolvidos os compressores de capacidade variável (tecnicamente conhecidos como compressores VCC). Estes compres- sores possuem múltiplas velocidades de operação, e podem ser associados a sistemas de controle dedicado. Os compressores de capacidade variável, quando introduzidos em siste- mas de refrigeração, podem inclusive ser associados a sistemas de controle em tempo real capazes de determinar velocidades especificas de acionamento com base na temperatura da câmara refrigerada. Desta forma, não somente a velocidade do compressor, mas também a ativação e o desligamento do compressor são determinados pela temperatura medida.

Portanto, os citados compressores de capacidade variável, estes passíveis de con- trole integral diferencial, são capazes de introduzir múltiplos ciclos intermediários entre os ciclos de refrigeração e repouso, melhorando, conseqüentemente, o tempo de redução de temperatura. Além deste efeito, os compressores de capacidade variável são também res- ponsáveis pela otimização do consumo de energia elétrica e pela introdução de "funções dedicadas" (congelamento ultra rápido, modo econômico, fabricação de gelo, entre outros).

Muito embora sistemas de refrigeração baseados em compressores de velocidade variável sejam mais eficientes do que sistemas de refrigeração baseados em compressores convencionais, resta observar que estes (sistemas de refrigeração baseados em compres- sores de velocidade variável) necessitam de hardware e software especializados, ambos de alto custo de fabricação, implementação e manutenção.

Com base no teor acima explanado, observa-se que sistemas de refrigeração po- dem ser fabricados e/ou projetados com base em uma tecnologia simples e limitada ou com base em tecnologia complexa e onerosa. Entretanto, o atual estado da técnica é compostoainda por uma tecnOrogia inter-

mediária. Esta tecnologia intermediária é baseada na utilização de compressores de duas velocidades (4/2 pólos).

Um compressor de duas velocidades, como a própria nomenclatura induz, é capaz de atuar em duas velocidades diferentes. Evidentemente, cada uma das velocidades de o- peração resulta em um consumo de energia próprio.

Uma vez que esta tecnologia é introduzida em sistemas de refrigeração, é possível aumentar a eficiência entre a relação "eficácia térmica/consumo elétrico", ou seja, é possível obter um sistema de refrigeração com dois ciclos de refrigeração com baixo custo de produ- ção (em relação aos sistemas de refrigeração baseados em compressores de velocidade variável).

Em sua operação convencional, o compressor pode ser comutado (on/off) conforme o valor ajustado pelo usuário, no termostato. Caso ocorra um aumento de carga térmica (a- berturas excessivas da porta ou acréscimo de produtos colocados dentro da câmara refrige- rada) e a temperatura do compartimento volte a ultrapassar o valor pré-determinado, o com- pressor irá mudar a velocidade para o nível alto, aumentando assim sua capacidade de re- frigeração.

A utilização de compressores de duas velocidades em sistemas de refrigeração permite, por exemplo, baixar a temperatura da câmara refrigerada de modo mais rápido (ve- locidade máxima e maior consumo de energia), além de manter a temperatura da câmara refrigerada em um nível intermediário (velocidade mínima e menor consumo de energia). Cabe ainda salientar que esta tecnologia permite utilizar um compressor de menor capaci- dade de refrigeração eficiência energética.

Por dispor de apenas duas velocidades, este compressor não possui a eficiência de um compressor de capacidade variável (no que diz respeito à economia de energia), afinal, o mesmo não é capaz de se adequar continuamente a necessidade exata de capacidade de refrigeração. Entretanto, um compressor de duas velocidades possui menor gasto de ener- gia em relação ao compressor comum, bem como menor custo em relação ao compressor de velocidade variável, pois este não necessita de hardware e software dedicados para a alteração de velocidade.

Normalmente, o controle de velocidade de um compressor de duas velocidades é realizado por um circuito eletrônico microprocessado. Embora este circuito eletrônico micro- processado seja relativamente simples, resta evidenciar que seu custo de produção e manu- tenção ainda é indesejavelmente alto no que se refere à produção em larga escala (para produtos econômicos). Ou seja, apesar do compressor de duas velocidades ser uma solu- ção economicamente mais viável (frente aos compressores de velocidade variável), ainda é preciso reduzir seu custo para poder aplicá-lo em produtos de menor custo, como, por e- xemplo, em eletrodomésticos de categorias menos sofisticadas, destinadas, normalmente, aos consumidores de poder aquisitivo relativamente menor.

Apenas a título de informação, resta citar a existência de certas soluções para con- trolar a velocidade de operação de um compressor de duas velocidades, as quais são des- critas nos documentos US 4,041,542; US 3,978,382; e US 4,263,540. Entretanto, estes do- cumentos não dizem respeito a uma solução específica para comutar as velocidades de operação de um compressor de duas velocidades. Em resumo, estes documentos dizem respeito a formas de controlar a temperatura do sistema com o intuito de evitar danos aos equipamentos (incluindo o próprio compressor) ou ao funcionamento do sistema de refrige- ração.

Com base em todo o contexto acima explanado, resta evidente observar a necessi- dade de desenvolvimento de uma solução e/ou tecnologia capaz de agregar a possibilidade de comutação e/ou controle de compressores de duas (ou múltiplas velocidades) e baixos custos produtivos.

Objetivos da Invenção

Desta forma, é um dos objetivos da presente invenção apresentar um módulo de controle automático para compressor (baseado na temperatura da câmara refrigerada) ca- , 5 paz de substituir os circuitos eletrônicos microprocessados existentes e atualmente empre- gados em sistemas de refrigeração de alta eficiência (com compressores VCC).

É outro objetivo da presente invenção diminuir o custo (fabricação, instalação e manutenção) de geladeiras residenciais e similares baseadas em compressores de duas (ou múltiplas) velocidades.

É ainda outro objetivo da presente invenção revelar um módulo de controle automá-

tico para compressor, em especial, para compressores de múltiplas velocidades (múltiplos pólos) não necessariamente associados a sistemas de refrigeração.

Sumário da Invenção

Os objetivos da invenção ora revelada são totalmente atingidos por meio do módulo de controle automático para compressor ora revelado.

O módulo de controle automático para compressor ora tratado é responsável pela comutação automática entre as velocidades de um compressor de múltiplas velocidades com base na temperatura de uma câmara refrigerada. O citado módulo de controle automá- tico para compressor é fundamentalmente integrado por pelo menos um comutador de con- tatos elétricos de acionamento elétrico (preferencialmente, um relê eletrônico) e por pelo menos dois comutadores de contatos elétricos de acionamento baseados em diferença de temperatura (preferencialmente, termostatos).

A associação do comutador de contatos elétricos de acionamento elétrico e dos comutadores de contatos elétricos de acionamento baseados em diferença de temperatura é responsável pela seleção dos pólos do compressora serem eletrieamente alimentados.

O funcionamento do módulo de controle automático para compressor (quando ins- talado em um refrigerador vertical ou similar) apresenta o seguinte funcionamento: mantém o compressor desligado quando a temperatura da câmara refrigerada esta igual ou abaixo da temperatura de trabalho; aciona o compressor em velocidade baixa (2 pólos) quando a temperatura da câmara refrigerada esta entre a temperatura normal de trabalho e +20% desta temperatura; e aciona o compressor em velocidade alta (4 pólos) quando a temperatu- ra da câmara refrigerada esta acima de 20% da temperatura normal de trabalho.

Descrição Resumida dos Desenhos

As figuras abaixo listadas compreendem: Figura 1 - ilustra o digrama funcional do módulo de controle automático para com-

pressor (configuração preferencial), em estado "desligado";

Figura 2 - ilustra o digrama funcional do módulo de controle automático para com- pressor (configuração preferencial), em "baixa velocidade"; e

Figura 3 - ilustra o digrama funcional do módulo de controle automático para com- pressor (configuração preferencial), em "alta velocidade".

Descrição Detalhada da Invenção As figuras 1, 2 e 3 ilustram a configuração preferencial, porém não Iimitativa da pre-

sente invenção. Nesta configuração preferencial é utilizado um compressor 1 de duas velo- cidades funcionais (2/4 pólos).

Desta forma, o compressor 1 é basicamente integrado por um primeiro núcleo de indução 11, por um segundo núcleo de indução 12 e por um terceiro núcleo de indução 13. Os núcleos de indução 11, 12 e 13 são associados entre si de modo a conformar quatro terminais distintos "A", "B", "C" e "D" (ou quatro pólos).

O terminal "A" consiste em um dos terminais do núcleo de indução 11; O terminal "B" consiste em um dos terminais do núcleo de indução 12; O terminal "C" consiste em um dos terminais do núcleo de indução 13; O terminal "D" consiste em um terminal comum entre os núcleos de indução 11, 12 e 13.

O módulo de controle automático para compressor, doravante referenciado apenas como módulo 2, é especialmente adequado à configuração preferencial ora descrita, ou se- ja, é especialmente adequado a um compressor de duas velocidades (compressor 4/2 pó- los).

Desta forma, e de acordo com a concretização preferencial da presente invenção, o

módulo 2 é fundamentalmente integrado por um relê eletrônico 3 e por dois termostatos 4 e 5, ambos de duplo contato.

O relê eletrônico 3 prevê um terminal de entrada de sinal de comando 31, um ter- minal "comum" 32, um terminal "normal fechado" 33 e um terminal "normal aberto" 34. A co- mutação do contato elétrico interno dò relê eletrônico 3 ocorre quando o terminal de entrada de sinal de comando 31 é eletricamente alimentado.

Ambos os termostatos 4 e 5 prevêem um sensor de temperatura 41 e 51, um termi- nal "comum" 42 e 52, um terminal "normal fechado" 43 e 53, e um terminal "normal aberto" 44 e 54. A comutação do contato elétrico interno de cada um dos termostatos 4 e 5 ocorre quando a temperatura captada pelo sensor de temperatura 41 e 51 difere da temperatura de ajuste.

O módulo 2 é eletricamente conectado entre o compressor 1 e uma fonte de ali- mentação elétrica 6. Evidentemente, esta associação conforma um circuito elétrico fechado. Neste circuito elétrico, uma das fases da fonte de alimentação elétrica 6 é conectada ao terminal "comum" 42 do termostato 4; O terminal "normal aberto" 44 do termostato 4 é co- nectado ao terminal "comum" 52 do termostato 5; O terminal "normal fechado" 53 do termos- tato 5 é diretamente conectado ao terminal "A" do compressor 1; O terminal "normal aberto" 54 do termostato 5 é conectado ao terminal "comum" 32 do relê eletrônico 3; O terminal "normal aberto" 34 do relê eletrônico 3 é conectado ao terminal "B" do compressor 1; O ter- minal "C" do compressor 1 é diretamente conectado ao terminal "B" do compressor 1. O ter- minal "D" do compressor 1 é conectado à fase da fonte de alimentação elétrica 6. Nota-se ainda que o terminal de entrada de sinal de comando 31 do relê eletrônico 3 é diretamente conectado ao terminal "normal fechado" 53 do termostato 5.

Nesta construção principal, observa-se ainda que os sensores de temperatura 41 e 51 estão remotamente fixados em uma câmara refrigerada 7.

A mudança de "estado" do termostato 4 é automática e está associada ao seu sen- sor de temperatura 41; A mudança de estado do termostato 5 é automática e está associada ao seu sensor de temperatura 51; de estado do relê eletrônico 3 está associada ao sinal (ou a falta deste) imposto ao terminal de entrada de sinal de comando 31.

Opcionalmente, é previsto também um circuito de partida 8, o qual é eletricamente conectado aos terminais "B" e "C" do compressor 1. Preferencialmente, o circuito de partida 8 é composto por elementos reativos capacitivos e uma chave elétrica (não ilustrados), a qual tem seu acionamento vinculado à comutação de "estado" do relê eletrônico 3. O circuito de partida 8, como a própria referência induz, tem por objetivo auxiliar o acionamento dos núcleos de indução 12 e 13 existentes entre os terminais "B" e "C" do compressor 1.

O funcionamento do módulo 2, cujo objetivo consiste no controle automático da se- leção e/ou acionamento das velocidades do compressor 1, é simples.

Em linhas gerais, o termostato 4 é responsável pelo on/off do compressor 1, en- quanto o termostato 5 é responsável pela seleção entre as velocidades do compressor 1 (através da energização de determinados pólos do mesmo). O relê eletrônico 3 é diretamen- te relacionado à troca de "estado" dos terminais do termostato 5, portanto, pode-se dizer que a comutação do relê eletrônico 3 é indiretamente realizada pelo termostato 5.

Por exemplo, logo que todo o sistema é ligado (considerando que a temperatura da câmara refrigerada 7 esteja acima da temperatura de refrigeração previamente estabeleci- da), ambos os sensores de temperatura 41 e 51 são acionados. Isto faz com que o módulo 2 configure um circuito elétrico capaz de alimentar os núcleos de indução 12 e 13 (além do circuito de partida 8). Nesta situação (ilustrada na figura 3), o compressor 1 é acionado em "alta velocidade".

Uma vez que a câmara refrigerada 7 começa a ser refrigerada, nota-se a mesma a- tinge uma temperatura média onde o termostato 5 é desativado (seus contatos voltam ao "estado" inicial) e o termostato 4 mantém-se acionado. Isto faz com que o módulo 2 configu- re um circuito elétrico capaz de alimentar apenas o núcleo de 11 do compressor 1. Nesta situação (ilustrada na figura 2), o compressor 1 é acionado em "baixa velocidade".

De forma crescente, a temperatura da câmara refrigerada 7 tende a baixar até atin- gir um patamar ideal de refrigeração. Neste patamar ideal de refrigeração (previamente ajus- tado), o termostato 4 é desativado (o termostato 5 mantém-se desativado). Conseqüente- mente, o módulo 2 interrompe qualquer alimentação elétrica antes destinada aos núcleos indutores do compressor 1 (ilustrado na figura 1), desligando o mesmo.

Quando o compressor 1 é desligado, a câmara refrigerada 7 tende a esquentar, a- tingindo novamente a temperatura média. Desta forma, o termostato 4 é novamente aciona- do conforme acima descrito, resultando no acionamento da "baixa velocidade" do compres- sor 1.

O termostato 5 só é acionado quando a temperatura da câmara refrigerada 7 atinge níveis superiores à temperatura média. Nesta situação, o compressor 1 é acionado em "alta velocidade 2", proporcionando um rápido resfriamento da citada câmara refrigerada 7.

Resta ainda evidenciar a possibilidade de instalação de um dispositivo conhecido como TSD (Time Start Device) entre o módulo 2 e o compressor 1. O TSD é um dispositivo eletrônico conhecido pelos técnicos no assunto cuja aplicação permite que o comutador do circuito de partida 8 seja alimentado nos primeiros instantes de funcionamento do compres- sor, para em seguida ser desativado.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims (7)

1. Módulo de controle automático para compressor CARACTERIZADO pelo fa- to de compreender: a comutação automática entre as velocidades de um compressor (1) de múlti- plas velocidades com base na temperatura de uma câmara refrigerada (7); o módulo (2) é integrado por pelo menos um comutador de contatos elétricos (3) de acionamento elétrico e por pelo menos dois comutadores de contatos elétricos (4 e 5) de acionamento baseados em diferença de temperatura; a associação do comutador de contatos elétricos (3) de acionamento elétrico e dos comutadores de contatos elétricos de acionamento (4 e 5) baseados em diferença de temperatura é responsável pela seleção dos pólos do compressor (1) a serem ele- tricamente alimentados.

2. Módulo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o comutador de contatos elétricos (3) de acionamento elétrico compreende um relê eletrônico.

3. Módulo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os comutadores de contatos elétricos (4 e 5) de acionamento baseado em diferen- ça de temperatura compreendem termostatos.

4. Módulo, de acordo com as reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fa- to de manter o compressor (1) desligado quando a temperatura da câmara refrigerada (7) estiver igual ou abaixo da temperatura de trabalho.

5. Módulo, de acordo com as reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fa- to de acionar o compressor (1) em baixa velocidade quando a temperatura da câmara refrigerada (7) estiver entre a temperatura normal de trabalho e +20% desta temperatu- ra.

6. Módulo, de acordo com as reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fa- to de acionar o compressor (1) em alta velocidade quando a temperatura da câmara refrigerada estiver acima de 20% da temperatura de trabalho

7. Módulo, de acordo com as reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fa- to de que o módulo (2) é eletricamente conectado entre o compressor (1) e uma fonte de alimentação elétrica (6), conforma um circuito elétrico fechado; uma das fases da fonte de alimentação elétrica (6) é conectada ao terminal "comum" (42) do termostato (4); o terminal "normal aberto" (44) do termostato (4) é conectado ao terminal "comum" (52) do termostato (5); o terminal "normal fechado" (53) do termostato (5) é diretamente conectado ao terminal "A" do compressor (1); o terminal "normal aberto" (54) do ter- mostato (5) é conectado ao terminal "comum" (32) do relê eletrônico (3); o terminal "normal aberto" (34) do relê eletrônico (3) é conectado ao terminal "B" do compressor (1); o terminal "C" do compressor (1) é diretamente conectado ao terminal "B" do com- pressor (1); o terminal "D" do compressor (1) é conectado à fase da fonte de alimenta- ção elétrica (6); o terminal de entrada de sinal de comando (31) do relê eletrônico (3) é diretamente conectado ao terminal "normal fechado" (53) do termostato (5).