BR0100052B1

BR0100052B1 - Sistema de refrigeração, refrigerador e método de controle para um compressor

Info

Publication number: BR0100052B1
Application number: BRPI0100052-7A
Authority: BR
Inventors: Marcos Guilherme Schwarz; Marcio Roberto Thiessen
Original assignee: Brasil Compressores Sa
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2014-06-10
Also published as: AR032236A1; MXPA03005250A; JP2004517294A; US7040103B2; US20040168453A1; ATE367562T1; DE60221225D1; SK286781B6; ES2290278T3; SK7192003A3; JP3989371B2; WO2002055944A1; CN1484747A; EP1352200B1; BR0100052A; CN1239867C; EP1352200A1; DE60221225T2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE

REFRIGERAÇÃO, REFRIGERADOR E MÉTODO DE CONTROLE PARA UM COMPRESSOR". A presente invenção refere-se a um sistema e a um método que para controlar o acionamento de um compressor e, particularmente, um compressor aplicado a sistemas de refrigeração em geral, tal sistema e mé- todo possibilitando a eliminação do uso de termostatos ou outros meios de medição da temperatura usualmente aplicados nesse tipo de sistema. O objetivo básico de um sistema de refrigeração é manter uma baixa temperatura no interior de um (ou mais) compartimento(s), fazendo uso de dispositivos que transportam o calor do interior deste(s) ambiente(s) para o ambiente externo, valendo-se da medição da temperatura no interior deste(s) ambiente(s) para controlar os dispositivos responsáveis pelo trans- porte do calor, buscando manter a temperatura dentro de limites preestabe- lecidos para o tipo de sistema de refrigeração em questão.

Dependendo da complexidade do sistema de refrigeração e do tipo de aplicação, os limites de temperatura a serem mantidos são mais res- tritos ou não.

Uma forma comum para transporte do calor do interior de um sistema de refrigeração para o ambiente externo é o uso de um compressor hermético ligado a um circuito fechado por onde circula um fluido refrigeran- te, sendo que esse compressor tem a função de promover o fluxo do gás refrigerante no interior do circuito de refrigeração, sendo capaz de impor de- terminada diferença de pressão entre os pontos onde ocorrem a evaporação e a condensação do gás refrigerante, permitindo que o processo de trans- porte de calor e criação da baixa temperatura ocorram.

Os compressores são dimensionados para suprir uma capacida- de de refrigeração superior àquela necessária em uma situação normal de operação, prevendo situações críticas de demanda, sendo então necessário algum tipo de modulação da capacidade de refrigeração deste compressor para manter a temperatura no interior do gabinete dentro de limites aceitá- veis.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA A forma mais comum de modulação da capacidade de refrigera- ção de um compressor é ligá-lo e desligá-lo, de acordo com a evolução da temperatura no interior do ambiente refrigerado, valendo-se de um termosta- to, que liga o compressor quando a temperatura no ambiente refrigerado subir além de um limite preestabelecido, desligando-o quando a temperatura no interior deste ambiente tiver atingido um limite inferior, também preesta- belecido.

Uma solução conhecida para esse dispositivo de controle do sis- tema de refrigeração é a combinação de um bulbo contendo um fluido que se expande com a temperatura, instalado de forma a estar exposto à tempe- ratura no interior do ambiente a ser refrigerado, e ligando mecanicamente uma chave eletromecânica, sensível a essa expansão e contração do fluido existente no interior do bulbo, sendo capaz de ligar e desligar a chave em temperaturas predefinidas, de acordo com a aplicação. Essa chave inter- rompe a corrente fornecida ao compressor, controlando sua operação, man- tendo o ambiente interno do sistema de refrigeração dentro de limites prees- tabelecidos de temperatura.

Este é ainda o tipo de termostato mais amplamente usado, por ser relativamente simples, mas apresenta inconvenientes como a fragilidade durante a montagem por se tratar de um dispositivo eletromecânico conten- do um bulbo com fluido pressurizado, e apresenta também uma limitação de qualidade devido à variabilidade construtiva e desgaste, gerando um custo relativamente alto de reparo no campo pois está vinculado a um equipamen- to de alto valor agregado.

Uma outra solução conhecida para o controle do sistema de re- frigeração é o uso de um circuito eletrônico capaz de ler o valor de tempera- tura no interior do ambiente refrigerado através de um sensor eletrônico de temperatura do tipo PTC (Positive Temperature Coefícient) por exemplo ou outro, comparando esse valor de temperatura lido com referências predefini- das, gerando um sinal de comando ao circuito que gerencia a energia entre- gue ao compressor, promovendo a correta modulação da capacidade de refrigeração de forma a manter a temperatura desejada no interior do ambi- ente refrigerado, seja ligando e desligando o compressor, ou variando a ca- pacidade de refrigeração fornecida.

Esta solução propicia um controle bastante confiável e preciso da temperatura, permitindo ainda realizar funções mais complexas ou fun- ções adicionais, e é encontrado em sistemas mais sofisticados e com maior valor agregado. Um inconveniente é o custo relativamente maior do que o da solução eletromecânica, e na melhor hipótese, com custo eqüivalente, para versões simples, quando apenas dotado da função básica de manter a tem- peratura dentro de certos limites.

Uma outra solução para o controle de temperatura em um ambi- ente de refrigeração é descrita no documento norte-americano US 4.850.198 que revela um sistema de refrigeração, compreendendo compres- sor, condensador, válvula de expansão e evaporadores, além de um controle sobre a energização do compressor. Este controle é feito através de um mi- croprocessador de acordo com uma leitura de temperatura proveniente de um termostato determinando a energização ou não do compressor com base em limites de temperatura máximo e mínimo predeterminados. De acordo com esse sistema é previsto ainda um controle do tempo de operação do compressor como uma função da temperatura medida no ambiente refrige- rado.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

Os objetivos da presente invenção são de prover meios para controlar a temperatura no interior de um sistema de refrigeração eliminan- do-se por completo o uso de termostatos ou outros meios de medição da temperatura para controle do refrigerador, obtendo-se, assim, um controle mais simples onde se elimine ligações elétricas desnecessárias no sistema para a instalação do sensor de temperatura obtendo-se, por conseguinte, um sistema mais barato.

Ainda, um outro objetivo da presente invenção é a obtenção de um método de controle de um compressor onde o uso de um sensor de tem- peratura é dispensado, de modo a obter-se uma construção economicamen- te mais eficiente.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Os objetivos da presente invenção são alcançados através de sistema de refrigeração compreendendo um compressor alimentado eletri- camente e controlado através de um circuito eletrônico, sendo que o circuito eletrônico compreende um circuito de medição de uma potência elétrica for- necida ao compressor e um microcontrolador, uma variável de tempo é ar- mazenada no microcontrolador, o circuito de medição realiza uma medição da potência elétrica fornecida ao compressor, o microcontrolador compa- rando a medida da potência elétrica com valores de referência de potência previamente armazenados no microcontrolador, o microcontrolador alterando o estado de operação do compressor como uma função da potência elétrica e da variável de tempo.

Ainda, os objetivos da presente invenção são ainda traduzidos por método de controle para um compressor que compreende etapas de ar- mazenagem, em uma variável, o valor de potência medido no momento em que transcorrer um período de tempo contado a partir do momento de liga- mento do compressor, e alterar o valor de uma variável de tempo correspon- dente a um tempo onde o compressor permanece desligado como uma fun- ção de uma proporção do valor da variável e um valor de potência previa- mente armazenado.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descri- ta com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: Figura 1 - um diagrama esquemático do sistema de controle de compressor de acordo com a presente invenção;

Figura 2 - um fluxograma do método de controle de compressor de acordo com a presente invenção; e DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS

Conforme pode ser visto da figura 1, o sistema compreende ba- sicamente um condensador 21, um evaporador 22, um elemento de controle capilar 23 e o compressor 20. O condensador 21 é posicionado fora do am- biente a ser refrigerado ou ambiente de refrigeração 22’, enquanto que o evaporador 22 é posicionado dentro do ambiente de refrigeração 22’ para o fornecimento da massa de ar refrigerado. O controle do compressor 20 é realizado por um circuito de controle TE que, por sua, vez é composto por um microcontrolador 10 dotado de um temporizador TP, além de um circuito de medição ME da potência elétrica Pn fornecida ao compressor 20.

De acordo com a presente invenção e valendo-se do fato de que a potência elétrica Pn absorvida pelo compressor 20 em um sistema de refri- geração apresenta uma correlação direta muito forte com a temperatura de evaporação do gás refrigerante, que por sua vez representa com uma boa aproximação à temperatura no interior do gabinete refrigerado ou ambiente de refrigeração 22’, pode-se usar como referência o valor de potência elétri- ca Pn absorvida pelo compressor 20 para determinar quando a temperatura no interior do gabinete atingiu o valor esperado, desligando então o com- pressor 20. A correlação é válida pois na medida que o volume de refrigeran- te em circulação diminui, a potência elétrica Pn absorvida diminui e, além disso, na medida que a temperatura no interior do ambiente de refrigeração 22’ reduz, menos fluido é evaporado, e portanto menos fluido circula, redu- zindo a potência elétrica Pn absorvida.

Isso significa que na medida em que a temperatura no interior do ambiente de refrigeração 22’ decresce, a temperatura de evaporação do gás também decresce, e uma proporcional diminuição da potência elétrica Pn absorvida pelo compressor 20 pode ser observada, e se for comparada a uma referência predefinida Pri.Prd (Pri - variável de potência de temperatura máxima; Prd - variável de potência de temperatura mínima) permite definir o momento de desligar o compressor 20 ou de mudar sua capacidade de refri- geração, controlando assim a temperatura no interior do ambiente de refrige- ração 22’ sem a necessidade de sensores de temperatura tal como ocorre na técnica anterior.

Assim, para manter a temperatura no interior do ambiente de re- frigeração 22’ dentro de uma faixa adequada, o compressor 20 é ligado e desligado intermitentemente por intermédio do controlador TE que atualiza o temporizador TP que permitirá religar o compressor 20 depois de transcorri- do determinado tempo, iniciando novo ciclo de refrigeração. Esse tempo de espera até o religamento do compressor poderá ser ajustado dinamicamente como uma função da potência elétrica Pn absorvida pelo compressor 20 logo após o início de operação em cada novo ciclo, pois essa potência Pn refletirá a temperatura no interior do ambiente de refrigeração 22’ no momento do religamento do compressor 20, podendo ser ajustada pela correção deste tempo que o compressor 20 é mantido desligado.

Conforme pode ser visto na figura 1, para medição da potência elétrica Pn, o circuito de medição ME inclui os meios 15,16 que permitem medir a tensão e corrente fornecidos ao compressor e realizar o produto dessas grandezas, resultando no valor de potência fornecida ao compressor, meios estes que alimentam essa informação de potência a um circuito mi- crocontrolador 10 responsável pelo acionamento do compressor 20 através de um controlador 11. A medição da potência elétrica Pn é realizada pela leitura da corrente I que circula no resistor R e pela leitura da tensão V apli- cada ao compressor 20, sendo tais valores multiplicados entre si para a ob- tenção do valor de potência elétrica Pn. O valor da potência elétrica Pn deve ainda estar corrigido como uma função do fator de potência quando um compressor 20 de tensão alternada é utilizado. Também podem ser aplicada correção do valor de potência absorvida pelo compressor como uma função do valor de tensão de alimentação, compensando as variações de eficiência apresentados pelo motor em diferentes tensões de alimentação.

Para operação do sistema objeto da presente invenção, são de- terminados dois valores de potência elétrica: a variável de potência de tem- peratura mínima Prd correspondente à mínima temperatura desejada no inte- rior do ambiente de refrigeração 22’; e a variável de potência de temperatura máxima Pri correspondente à temperatura máxima desejada no interior do ambiente de refrigeração 22’. O controle de intermitência do compressor 20 é realizado pelo microcontrolador 10 que compara o valor medido de potência elétrica Pn ab- sorvida pelo compressor com a variável de potência de temperatura mínima Prd, correspondente à mínima temperatura desejada para o interior do gabi- nete refrigerado, comandando o desligamento do compressor quando o va- lor da potência elétrica Pn medida for igual ou menor do que a variável de potência de temperatura mínima Prci, mantendo o compressor desligado du- rante um período de tempo predefinido por uma variável td(n), comandando o religamento do compressor 20 imediatamente após transcorrido esse tem- po td(n).

Após o religamento do compressor 20 e transcorrido um período de tempo de estabilização ou tempo de espera te, o microcontrolador 10 to- mará o valor de potência medida Pn(te) para realizar a correção da variável td(n), calculando o novo valor de td(n+1), como uma função da proporção entre o valor de potência medida Pn(te) medido logo após o início de funcio- namento do compressor e o valor da variável de potência de temperatura máxima Pri.

Assim, quando o valor de potência medida Pn(te) no início de um ciclo de operação for maior que o valor da variável de potência de tempera- tura máxima Pri, o tempo de permanência do compressor 20 desligado no seguinte ciclo de parada td(n+1) deve ser reduzido. Da mesma forma, o tempo de permanência do compressor 20 desligado no seguinte ciclo de pa- rada td(n+1) deve ser aumentado se o valor de potência medida Pn(te) logo após o início de operação do compressor 20 for menor que a variável de po- tência de temperatura máxima Pri.

Uma implementação desse processo pode ser realizada pelo al- goritmo: Td(n+1) = td(n)* Pri/Pn(te) Esta operação do circuito eletrônico TE proposto é resumido pe- la fluxograma ilustrado na figura 2, sendo que o método deverá incluir ao menos etapas de armazenagem valor de potência medida Pn (te) do valor da potência elétrica Pn medido no momento em que transcorrer um período de tempo de espera te contado a partir do momento de ligamento do compres- sor 20, e uma etapa adicional de alterar o valor de uma variável de tempo td como uma função da proporção do valor de potência medida Pn(te) e do valor da variável de potência de temperatura máxima (Pri) que já encontra-se previamente armazenado no microcontrolador 10. O tempo de espera te deve ser determinado pelo projeto e deve ser o suficiente para que o compressor acelere, após a partida, evitando que o valor de potência lida logo após a partida esteja distorcido devido à energia de aceleração do compressor e devido ao estabelecimento das pressões iniciais de operação do sistema.

Ainda deve ser previsto um tempo máximo de permanência de inatividade Tdm do compressor 20 para que este seja religado. A variável de potência de temperatura mínima Prci bem como a variável de potência de temperatura máxima Pd são definidas pelo projeto, ou podem ser definidas na linha de montagem do sistema de refrigeração, fazendo uso de um sensor de temperatura pertencente ao processo na linha de montagem do refrigerador, que medirá a temperatura no interior do ambi- ente de refrigeração 22’ e enviará um sinal ao circuito eletrônico TE de con- trole do compressor 20 quando as temperaturas mínima e máxima deseja- das forem atingidas, permitindo que esse circuito eletrônico TE memorize os valores de potência correspondentes a cada temperatura, fixando assim as referências da variável de potência de temperatura mínima Prd e a variável de potência de temperatura máxima Pri desejadas.

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

Claims

1. Sistema de refrigeração compreendendo um compressor (20) a- limentado eletricamente e controlado através de um circuito eletrônico (TE), o circuito eletrônico (TE) compreende um circuito de medição (ME) de uma po- tência elétrica (Pn) fornecida ao compressor (20) e um microcontrolador (10), sendo caracterizado pelo fato de que: - uma variável de tempo (td) é armazenada no microcontrolador (10), - o circuito de medição (ME) realiza uma medição da potência elé- trica (Pn) fornecida ao compressor (20), o microcontrolador (10) comparando a medida da potência elétrica com uma variável de potência de temperatura máxima (Pri) e uma variável de potência de temperatura mínima (Prd) de refe- rência de potência previamente armazenados no microcontrolador (10), a va- riável de potência de temperatura mínima (Prci) correspondendo à mínima temperatura desejada no interior do ambiente de refrigeração (22’) e variável de potência de temperatura máxima (Pri) correspondendo à temperatura má- xima desejada no interior do ambiente de refrigeração (22’), - o compressor (20) é seletivamente ligado e desligado pelo mi- crocontrolador (10), o compressor ficando ligado até que o valor de potência elétrica (Pn) absorvida pelo compressor (20) seja menor ou igual à variável de potência de temperatura mínima (Prci), e ficando desligado pela variável de tempo (td), o tempo (td) sendo proporcional à relação entre a variável de po- tência de temperatura máxima (Pri) e o valor de potência medida (Pn(te)) da potência absorvida pelo compressor (20) no início do seu ciclo de operação.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fa- to de que a medição da potência elétrica (Pn) é armazenada como uma variá- vel (Pn(te)), a cada início de ciclo de tempo em que o compressor (20) perma- nece ligado, após transcorrido um período de tempo de espera (te) contado a partir do ligamento do compressor (20).

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fa- to de que o tempo de espera (te) corresponde a um tempo de espera para estabilização do compressor (20).

4. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fa- to de que o valor da variável de referência de tempo é elevado quando o valor da potência medida (Pn(te)) é menor que o valor variável de potência de tem- peratura máxima (Pri) previamente armazenada.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fa- to de que o valor da variável de tempo (td) é diminuída quando o valor da po- tência medida (Pn(te)) é maior que o valor variável de potência de temperatura máxima (Pri) previamente armazenada.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fa- to de que o circuito eletrônico (TE) é provido um temporizador (TP), capaz de medir a variável de tempo (td) e ligar o compressor (20) quando a variável de tempo (td) for maior que um tempo máximo de permanência de inatividade do compressor (Tdm)·

7. Refrigerador, caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de refrigeração tal como definido nas reivindicações 1 a 6.

8. Método de controle para um compressor (20) eletricamente ali- mentado e sendo controlado por um circuito eletrônico (TE) que mantém o compressor (20) alternadamente ligado e desligado, para refrigerar um ambi- ente de refrigeração (22’), o circuito eletrônico (TE) controlando a potência elétrica (Pn), o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende etapas de: - armazenar um valor de potência medida (Pn(te)) de um valor de potência (Pn) absorvido pelo compressor (20) medido no momento em que transcorrer um período de tempo de espera (te) contado a partir do momento de ligamento do compressor (20), - alterar o valor de uma variável de tempo (td) correspondente a um tempo onde o compressor (20) permanece desligado como uma função de uma proporção do valor de potência medida (Pn(te)) e uma variável de potên- cia de temperatura máxima (Pri) correspondendo à temperatura máxima dese- jada no interior do ambiente de refrigeração (22’) previamente armazenado no circuito eletrônico (TE).

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fa- to de que a após a etapa de alteração do tempo (td), o compressor (20) é des- ligado quando o valor de potência elétrica (Pn) for menor ou igual a uma variá- vel de potência de temperatura mínima (Prd) proporcional à temperatura míni- ma do ambiente de refrigeração (22’), mantido desligado durante o período da variável de tempo (td) e ligado após transcorrido o período da variável de tempo (td).

10. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fa- to de que antes da etapa de desligamento do compressor (20), o método compreende uma etapa de comparação do valor de potência elétrica (Pn) com a variável de potência de temperatura mínima (Prci) correspondendo à tempe- ratura mínima desejada no interior do ambiente de refrigeração (22’).

11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fa- to de que antes da etapa de armazenar o valor de potência medida (Pn(te)) o compressor (20) é mantido ligado enquanto a potência elétrica (Pn) for superi- or à variável de potência de temperatura mínima (Prd).

12. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fa- to de que na etapa de alteração da variável de tempo (td), a variável de tempo (td) é aumentada quando o valor da potência medida (Pn(te)) for menor que a variável de potência de temperatura máxima (Pri) previamente armazenada correspondente a um valor máximo de temperatura do ambiente de refrigera- ção (22’).

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de durante o tempo de ligamento do compressor (20), a sua capacidade de refrigeração é corrigida na proporção do valor de potência elétrica (Pn).

14. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fa- to de que na etapa de alteração da variável de tempo (td), a variável de tempo (td) é reduzida quando o valor da potência medida for maior ou igual que a variável de potência de temperatura máxima (Pri) previamente armazenado correspondente a um valor máximo de temperatura do ambiente de refrigera- ção (22’).