Os gases não condensáveis num sistema de refrigeração são gases que não se transformam em líquido durante o funcionamento normal. Estes acumulam-se no condensador e podem causar cinco problemas comuns: pressão de descarga (de condensação) elevada, maior consumo de energia, sobrecarga do compressor, danos no óleo, incrustação no condensador e temperatura instável do produto. Estas questões são especialmente importantes nos sistemas de refrigeração industrial e de congelação de alimentos, onde um arrefecimento estável afeta tanto a vida útil do equipamento como a qualidade do produto.
Com base na experiência em manutenção de refrigeração industrial e assistência a sistemas de amoníaco, este guia explica de onde provêm os gases não condensáveis, como afetam o desempenho do sistema, como os técnicos os podem detetar e como a evacuação adequada e a purga automática ajudam a removê-los.
O que são gases não condensáveis e de onde vêm?
Os gases não condensáveis são gases que permanecem sempre na forma de vapor no interior de um sistema de refrigeração. Estes nunca se transformam em líquido. Exemplos comuns incluem o ar, o azoto, o hidrogénio, o oxigénio e os vapores de hidrocarbonetos.
Os NCGs entram nos sistemas através de três fontes principais. A lista abaixo descreve cada uma delas:
- Evacuação incompleta: O ar fica retido no sistema se o vácuo não for suficientemente profundo durante a instalação ou após trabalhos de manutenção.
- Fugas no lado de baixa pressão: Os sistemas que funcionam abaixo da pressão atmosférica aspiram ar através de juntas gastas das hastes das válvulas, vedantes do eixo do compressor e ligações roscadas.
- Decomposição interna: A amoníaca decompõe-se com o tempo em hidrogénio e azoto. O óleo lubrificante decompõe-se sob calor intenso e liberta gases de hidrocarbonetos. Ambos os tipos acumulam-se como NCGs, mesmo num sistema totalmente selado.
De acordo com o IIAR (2023), a acumulação de NCG resultante da decomposição do amoníaco e do óleo ocorrerá em qualquer sistema de amoníaco que funcione de forma contínua. Os NCGs não são o mesmo que humidade ou fracionamento do refrigerante. A humidade congela no interior do sistema. O fracionamento aplica-se apenas a refrigerantes misturados. Os NCGs permanecem permanentemente no estado gasoso, pelo que se acumulam no condensador e aí permanecem.
Porque é que a pressão de descarga (de condensação) sobe acima dos níveis normais de saturação?
Os NCGs acumulam-se no condensador e ocupam espaço na superfície de transferência de calor. Como não conseguem condensar-se, bloqueiam a área onde o refrigerante precisa de libertar calor. O sistema responde aumentando a pressão de condensação.
A física subjacente a isto é simples. A pressão total do condensador é igual à pressão de saturação do refrigerante mais a pressão de todos os NCGs presentes. Assim, quando existem NCGs no sistema, a pressão de descarga (de condensação) medida é sempre superior à indicada na tabela de pressão-temperatura para a temperatura ambiente atual.
Os custos energéticos acumulam-se rapidamente. De acordo com o IIAR (2023), cada 4 lbs (1,8 kg) de pressão de descarga (de condensação) adicional proveniente de NCGs aumenta o consumo de energia do compressor em 2% e reduz o rendimento do compressor em 1%. Num grande sistema de amoníaco a funcionar durante todo o ano, essa perda aumenta continuamente. Um sinal claro da presença de NCGs é um elevado «split» do condensador — a diferença entre a temperatura de condensação e a temperatura do ar exterior. Quando esta diferença é demasiado grande e a serpentina está limpa, os NCGs são uma causa provável.
O que acontece ao compressor quando a pressão de descarga (de condensação) permanece elevada?
Uma pressão de descarga (de condensação) elevada obriga o compressor a funcionar com uma taxa de compressão superior àquela para a qual foi concebido. Isto aumenta a temperatura de descarga e exerce uma pressão adicional sobre as peças internas.
Três formas como a pressão elevada danifica o compressor
Uma temperatura de descarga mais elevada prejudica o compressor através de três problemas interligados:
- Degradação da película de óleo: O óleo mais quente torna-se mais fluido. Uma película de óleo mais fina proporciona menos proteção entre as peças metálicas em movimento, pelo que os rolamentos, os pistões e as placas das válvulas se desgastam mais rapidamente.
- Tensão da válvula: Os ciclos de compressão a alta temperatura exercem uma tensão repetida sobre as peças das válvulas. Estas desgastam-se antes do fim da sua vida útil prevista.
- Risco de golpe de líquido: A acumulação de NCG perturba o equilíbrio de pressão no sistema. Isto aumenta a probabilidade de o refrigerante líquido entrar no cilindro do compressor. Um cilindro não consegue comprimir líquido. O resultado pode ser bielas torcidas, placas de válvulas rachadas ou uma falha mecânica total.
Em sistemas com vários compressores — comuns em configurações de congeladores em espiral IQF — os NCGs não se distribuem uniformemente por todas as unidades. Isto provoca um desgaste desigual e pode fazer com que um compressor avarie mais cedo do que outros com o mesmo número de horas de funcionamento.
De que forma a elevada temperatura de descarga altera a composição química do óleo de refrigeração?
Temperaturas de descarga elevadas provocam uma reação química entre o oxigénio, a humidade e o óleo de refrigeração. Esta reação forma ácidos orgânicos no interior do compressor e do circuito de refrigeração.
Três partes do sistema atacadas pelo ácido
A tabela abaixo mostra quais as partes afetadas pelos ácidos orgânicos e a que avaria cada um deles conduz:
| Componente | O que faz o ácido | Resultado de falha |
| Enrolamentos do motor | Degrada o isolamento elétrico | Curto-circuito no enrolamento |
| Tubagem metálica | Provoca ferrugem interna e corrosão por pite | Novos pontos de fuga de refrigerante |
| Juntas e vedantes | Decompõe o material de vedação | Novas vias de entrada de ar |
A degradação do óleo também gera lamas. As lamas acumulam-se nas superfícies dos permutadores de calor e bloqueiam as linhas de retorno do óleo. Chega menos óleo ao compressor, o que acelera o desgaste. Os danos manifestam-se frequentemente semanas ou meses após o início do problema de NCG. Isto torna difícil identificar a causa real sem verificações cuidadosas. O teste do índice de acidez do óleo (AN) deteta o problema numa fase precoce. Um índice de acidez superior a 0,05 mg KOH/g indica a presença de contaminação. Combinar isto com um calendário mais abrangente de manutenção do sistema de congelação ajuda a detetar danos relacionados com o NCG antes que se tornem dispendiosos.
Que danos a longo prazo se acumulam nos tubos dos condensadores evaporativos?
As elevadas temperaturas de descarga causadas pelos NCGs aceleram a acumulação de incrustações minerais nos tubos do condensador evaporativo. Os NCGs e as incrustações agravam-se mutuamente ao longo do tempo: os NCGs reduzem o rendimento do condensador, o que aumenta a temperatura de descarga, o que provoca mais incrustações, o que reduz ainda mais o rendimento.
O calcário acumula-se nas superfícies dos tubos do condensador e atua como isolante térmico. Mesmo uma camada fina de incrustações minerais reduz significativamente a eficiência da transferência de calor, de acordo com os dados de resistência à incrustação da ASHRAE. Isto força a pressão de condensação a subir — agravando o problema já criado pelos NCGs. Isso eleva ainda mais a pressão de condensação — agravando o problema de pressão de descarga (de condensação) já criado pelos NCGs. Dois sinais claros indicam que a incrustação nos tubos do condensador já começou:
- A diferença de temperatura de aproximação do condensador ultrapassa o valor-alvo de projeto
- A queda de pressão do lado da água no condensador aumenta à medida que o calcário estreita a abertura do tubo
A incrustação requer limpeza química para ser removida. Quando for confirmada a contaminação por NCG, os calendários de inspeção e limpeza do condensador devem ser antecipados para impedir uma maior perda de desempenho.
De que forma a pressão de condensação instável afeta a temperatura do produto nos sistemas IQF?
A pressão de condensação instável proveniente dos NCGs faz com que a temperatura de evaporação oscile para cima e para baixo. Nos circuitos dos congeladores em espiral IQF, é necessária uma temperatura de evaporação estável para congelar cada peça do produto a uma temperatura no centro consistente.
A tabela abaixo mostra como as oscilações da temperatura de evaporação afetam a qualidade dos alimentos:
| Oscilação da temperatura de evaporação | Impacto na temperatura no interior do produto | Resultado da Qualidade Alimentar |
| ±0,5 °C | Muito pequeno | Dentro da tolerância normal do processo |
| ±1,0 °C | A variação da temperatura do produto é de 1–2 °C | No limite para produtos sensíveis |
| ±2,0 °C | A variação da temperatura do produto é de 3–4 °C | Danos causados por cristais de gelo; risco de incumprimento das especificações do processo |
| >±2,0 °C | Congelamento desigual ao longo da correia | Qualidade do produto e riscos de segurança alimentar |
Quando o congelamento é irregular, formam-se cristais de gelo maiores no interior do produto. Estes cristais rompem as membranas celulares dos produtos do mar e da carne. Isto aumenta a perda por gotejamento após a descongelação. No processamento de camarão, peixe e carne por IQF, uma maior perda por gotejamento significa menos peso do produto e menores receitas por quilograma. O simples ajuste dos pontos de regulação da temperatura não resolve este problema. Os NCGs devem ser removidos do sistema em primeiro lugar.
Como é que estes problemas podem ser detetados antes de causarem avarias no equipamento?
O teste padrão para NCGs compara a pressão medida no condensador com a pressão de saturação do refrigerante à temperatura exterior atual. Uma leitura superior ao valor indicado na tabela de pressão-temperatura indica a presença de NCGs.
O teste de campo em cinco etapas está descrito abaixo:
- Desligue o compressor. Mantenha a ventoinha do condensador a funcionar.
- Aguarde até que as temperaturas da linha de descarga, da linha de líquido e do ar exterior estejam em equilíbrio.
- Registe a pressão do condensador assim que as três leituras de temperatura estiverem iguais.
- Consulte a pressão de saturação do refrigerante àquela temperatura num gráfico P-T.
- Qualquer pressão adicional acima desse valor é causada por NCGs.
Existem outros três problemas que produzem sinais semelhantes e que devem ser excluídos em primeiro lugar. Uma serpentina do condensador suja aumenta, por si só, a pressão de descarga (de condensação) — limpe-a e volte a testar. Um baixo fluxo de ar no condensador produz a mesma elevada diferença entre a temperatura de condensação e a temperatura do ar exterior. Uma sobrecarga de refrigerante também aumenta a pressão de descarga. Verifique o peso da carga em relação às especificações de projeto antes de concluir que os NCGs são a causa. Nos sistemas de amoníaco, um superaquecimento de descarga significativamente acima da especificação de projeto é um sinal secundário que vale a pena investigar. Verifique a documentação de projeto do sistema para conhecer a faixa de superaquecimento prevista.
Qual é o procedimento correto para purgar permanentemente os gases não condensáveis?
Os purgadores automáticos multiponto são a ferramenta adequada para remover NCGs de sistemas industriais de amoníaco. Funcionam de forma contínua, extraem os NCGs dos pontos de maior pressão no condensador e libertam muito menos refrigerante por ciclo do que os métodos manuais.
A tabela abaixo compara a purga manual e automática em quatro áreas-chave:
| Critérios | Purgagem manual | Purgador automático multiponto |
| Refrigerante libertado por purga | Alto | Baixo |
| Exposição dos operadores ao amoníaco | Há exposição em cada purga | Muito baixo |
| Registo de conformidade | Inconsistência | Registo contínuo |
| Mão-de-obra necessária | Alto | Baixo |
Os novos sistemas devem ser evacuados até 500 mícrons (0,5 Torr) ou menos antes do primeiro enchimento de refrigerante. Isto remove o ar e a humidade antes do arranque. Um medidor de mícrons — e não um medidor composto — é a única ferramenta capaz de confirmar esta profundidade de vácuo. Quando um sistema é aberto para manutenção, é necessária uma reevacuação completa antes da recarga. Os passos abaixo impedem a acumulação de NCGs:
- Reduza a pressão até 500 mícrons e verifique-a com um vacuómetro de mícrons calibrado antes da carga.
- Abra as válvulas solenóides durante a evacuação para libertar o ar retido entre os componentes
- Verifique as gaxetas das hastes das válvulas, as vedações dos eixos e as ligações roscadas em cada visita de manutenção
- Instale um purgador automático multiponto em qualquer sistema de amoníaco que funcione de forma contínua
Perguntas frequentes
Que gases são considerados não condensáveis num sistema de refrigeração?
Os gases não condensáveis incluem componentes do ar (azoto, oxigénio, árgon), hidrogénio proveniente da decomposição da amoníaca e vapores de hidrocarbonetos provenientes da decomposição do óleo. Todos eles permanecem no estado gasoso em condições normais de funcionamento da refrigeração e não se condensam.
Como é que os técnicos confirmam os NCGs sem recuperar a carga?
Os técnicos desligam o compressor, deixam o condensador arrefecer até à temperatura do ar exterior e, em seguida, medem a pressão do condensador. Comparam essa leitura com o valor do gráfico P-T do fluido refrigerante à mesma temperatura. Qualquer pressão adicional acima do valor indicado no gráfico aponta para a presença de NCGs.
Podem acumular-se gases não condensáveis no interior de um sistema de amoníaco selado e sem fugas?
Sim. O amoníaco decompõe-se com o tempo e liberta hidrogénio e azoto. O óleo lubrificante decompõe-se sob o efeito do calor e liberta gases de hidrocarbonetos. Ambos acumulam-se como NCGs mesmo quando o sistema não apresenta fugas, de acordo com o IIAR (2023).
Qual é o nível de vácuo necessário antes de carregar um sistema de amoníaco?
O sistema deve atingir 500 mícrons (0,5 Torr) ou menos antes de se adicionar o refrigerante. Um manómetro composto não consegue medir este nível. Apenas um manómetro de mícrons fornece uma leitura precisa a esta profundidade.
Com que frequência deve ser verificado um purgador automático?
Os purgadores automáticos devem ser verificados em cada visita de manutenção programada. A análise do registo da frequência de purga ajuda a identificar tendências. Um aumento na frequência de purga significa que estão a surgir novas fontes de NCG — normalmente uma fuga crescente no lado de baixa pressão ou uma degradação mais rápida do óleo.
Qual é a diferença entre gases não condensáveis e contaminação por humidade?
A humidade condensa-se e congela, bloqueando as válvulas de expansão e os dispositivos de dosagem. Os NCGs permanecem na forma de vapor e acumulam-se no condensador. Ambos prejudicam o desempenho do sistema, mas as soluções são diferentes. A humidade é removida com filtros-secadores dessecantes. Os NCGs são removidos por purga.
