Fundamentos: Fabricando Frio III

Diversas empresas introduziram compressores de refrigeração no início da década de 1880. Em 1891, o periódico Industrial Refrigeration já continha anúncios de nada menos que 30 fabricantes americanos de máquinas de gelo e refrigeração, visando atender à crescente demanda por esses produtos em cervejarias, frigoríficos, laticínios, hotéis, restaurantes, navios a vapor e muitos outros estabelecimentos comerciais.

No final da década de 1890, a demanda por compressores de refrigeração menores, com peças mais leves e operando em velocidades mais altas, aumentou para sistemas de refrigeração de capacidade moderada destinados a hotéis, restaurantes, hospitais e diversas instalações industriais. Como a energia a vapor nem sempre estava disponível, outros tipos de acionamento foram introduzidos. O primeiro compressor acionado por motor elétrico CC de conexão direta, fabricado pela Frick, foi construído no início da década de 1900. Essas máquinas adaptáveis abriram caminho para a ampla aceitação da refrigeração mecânica .

Compressores de refrigeração horizontais de curso longo Frick, c. 1913.

A Frick, pioneira em grandes compressores verticais de refrigeração , também introduziu compressores horizontais de longo curso em 1911 (Figura 1), que permaneceram em uso até a década de 1950.

Compressores fechados ampliam consideravelmente o uso da refrigeração.

À medida que os compressores de tipo aberto foram sendo fabricados em tamanhos cada vez menores, as estruturas em A que suportavam os cilindros foram finalmente combinadas em uma única peça. A partir dessa configuração, o compressor fechado foi desenvolvido posteriormente. Construídas pela primeira vez em 1915, essas máquinas, um exemplo das quais é mostrado na Figura 2, estavam disponíveis em uma variedade de tamanhos a tempo de atender às demandas urgentes de acampamentos, fábricas de alimentos e pólvora, hospitais e navios durante a Primeira Guerra Mundial. O projeto fechado manteve muitas das características desejáveis das máquinas de baixa velocidade, mas as máquinas fechadas com lubrificação automática operavam com segurança sem necessidade de atenção constante. Isso abriu caminho para sistemas com controle automático em 1922. Linhas de compressores alternativos de alta velocidade acionados por motores elétricos foram desenvolvidas, com até nove cilindros, como mostrado no compressor de ar condicionado Frick acionado por motor elétrico na Figura 3.

Compressor fechado Frick com acionamento elétrico.

Compressores centrífugos para refrigeração de processos

À medida que as necessidades de refrigeração de processos aumentaram, especialmente em aplicações criogênicas, de gases e de processamento químico, os compressores centrífugos rapidamente atenderam a essa demanda. O primeiro uso de compressores centrífugos em grandes aplicações industriais de refrigeração e resfriamento de processos antecedeu a Segunda Guerra Mundial e, na década de 1950, diversas empresas já produziam grandes máquinas centrífugas para esse setor. A Figura 4 mostra um compressor centrífugo de aproximadamente 1960 em uma aplicação de refrigeração de propileno.

A eletricidade possibilita o uso prático do ar condicionado.

O ar condicionado passivo remonta ao Egito pré-histórico. As técnicas passivas permaneceram difundidas até o século XX, quando começaram a ser substituídas pelo ar condicionado motorizado, desenvolvido em torno da refrigeração industrial e das máquinas de fabricação de gelo. O médico Dr. John Gorrie utilizou seu compressor e sua tecnologia de fabricação de gelo, patenteada em 1850, para resfriar o ar para seus pacientes em seu hospital em Apalachicola, Flórida. Ele esperava, eventualmente, usar sua máquina de gelo para regular a temperatura de edifícios e vislumbrou um sistema de ar condicionado centralizado capaz de resfriar cidades inteiras. Infelizmente, a morte do principal financiador de Gorrie impediu a concretização de sua visão.

Compressor de ar condicionado Frick acionado por motor elétrico.

Foi somente com a popularização da eletricidade que o desenvolvimento de unidades de ar condicionado mais baratas e eficazes se tornou possível. William H. Carrier construiu o que é considerado o primeiro aparelho de ar condicionado elétrico moderno em 1901. Ele era capaz de controlar tanto a temperatura quanto a umidade de um grande edifício. O ar condicionado de grandes edifícios e instalações industriais tornou-se cada vez mais comum com o uso de compressores acionados por motores elétricos, como o mostrado na Figura 3.

Em 1914, foi instalado o primeiro ar-condicionado doméstico; em 1931, surgiu o primeiro ar-condicionado individual para ambientes; e, no final da década de 1930, o ar-condicionado já era oferecido em automóveis. O crescimento do mercado de ar-condicionado abriu um mercado totalmente novo para compressores de pequeno e médio porte .

Os compressores de parafuso rotativo substituem as máquinas alternativas.

Na década de 1950, a Svenska Rotor Maskiner AB (SRM), de Estocolmo, Suécia, desenvolveu e licenciou compressores de parafuso que obtiveram grande sucesso ao substituir os compressores de pistão em aplicações de compressão de ar. Com pesquisas adicionais, a SRM desenvolveu compressores de parafuso de alta pressão otimizados para ciclos de refrigeração. O primeiro deles foi entregue em 1962 e, em cinco anos, mais de 1.000 compressores de parafuso para refrigeração já haviam sido produzidos. No final da década de 1960, os compressores de parafuso começaram a substituir a maioria dos compressores de pistão em aplicações de refrigeração e ar condicionado, e logo dominariam o setor.

Compressor centrífugo Ingersoll-Rand em uma aplicação de refrigeração com propileno, c. 1960.

Compressores Scroll desenvolvidos para ar condicionado residencial e automotivo.

O rápido crescimento do mercado de ar condicionado residencial e automotivo na década de 1970 gerou uma forte demanda por compressores compactos, eficientes e de baixo custo, que pudessem ser produzidos em larga escala e de forma competitiva. Essa demanda foi atendida no início da década de 1980, quando os primeiros compressores scroll práticos foram aplicados em sistemas de ar condicionado automotivo e residencial no Japão. Em 1987, após 10 anos de desenvolvimento, a Copeland Corporation, sediada em Sidney, Ohio, e posteriormente incorporada à Emerson, lançou seu primeiro compressor scroll. O sucesso desse compressor levou ao desenvolvimento de uma família de compressores scroll para aplicações que variam desde ar condicionado residencial e comercial leve até refrigeração para as indústrias alimentícia, de saúde e de contêineres marítimos. No início dos anos 2000, os compressores scroll já eram predominantes em aplicações de ar condicionado e refrigeração comerciais e residenciais.