BRPI0103786B1 - Sistema de controle de refrigeração de um ambiente refrigerado, método de controle de um sistema de refrigeração e refrigerador - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA DE CONTROLE DE REFRIGERAÇÃO DE UM AMBIENTE REFRIGERADO, MÉTODO DE CONTROLE DE UM SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO E REFRIGERADOR". [001] A presente invenção refere-se a um sistema de controle de refrigeração de um ambiente refrigerado, um método de controle de um sistema de refrigeração bem como a um refrigerador e, particularmente, fazendo uso de um compressor de capacidade variável aplicado a sistemas de refrigeração em geral, tal sistema e método possibilitando o uso de termostatos convencionais do tipo que alteram o estado de condução de um contato em função de limites mínimo e máximo de temperatura do compartimento ou ambiente a ser refrigerado, permitindo o ajuste da rotação ou caraterísticas do compressor de forma a maximizar a performance do sistema de refrigeração. [002] O objetivo básico de um sistema de refrigeração é manter uma baixa temperatura no interior de um (ou mais) compartimento(s) ou ambiente(s) de refrigeração, 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^) para controlar os dispositivos responsáveis pelo transporte do calor, buscando manter a temperatura dentro de limites preestabeleci-dos para o tipo de sistema de refrigeração em questão. [003] Dependendo da complexidade do sistema de refrigeração e do tipo de aplicação, os limites de temperatura a serem mantidos são mais restritos ou não. [004] 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 de refrigeração (ou circuito de refrigeração) por onde circula um fluido refrigerante ou gás refrigerante, sendo que esse compressor tem a função de promover o fluxo do gás refrigerante no interior do circuito fechado de refrigeração, sendo capaz de impor determinada diferença de pressão entre os pontos onde ocorrem a evaporação e a condensação do gás refrigerante, permitindo que os processos de transporte de calor e criação da baixa temperatura ocorram. [005] Os compressores são dimensionados para suprir uma capacidade 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 aceitáveis.

Descrição do Estado da Técnica [006] A forma mais comum de modulação da capacidade de refrigeração 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 termostato 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 preestabelecido. [007] Uma solução conhecida para esse dispositivo de controle do sistema de refrigeração é a combinação de um bulbo contendo um fluido que se expande com a temperatura, instalado de forma a estar exposto à temperatura no interior do ambiente a ser refrigerado, e ligado 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 interrompe a corrente fornecida ao compressor, controlando sua operação, mantendo o ambiente interno do sistema de refrigeração dentro de limites preestabelecidos de temperatura. [008] Este é ainda o tipo de termostato mais amplamente usado, por ser relativamente simples, mas tem a limitação de não permitirem o ajuste da velocidade de um compressor de capacidade variável, pois apenas geram o comando de abertura ou fechamento de um contato responsável por interromper a energia fornecida para o compressor [009] Uma outra solução conhecida para o controle do sistema de refrigeração é o uso de um circuito eletrônico capaz de ler o valor de temperatura no interior do ambiente refrigerado através de um sensor eletrônico de temperatura do tipo PTC (Positive Temperature Coefici-ent) por exemplo ou outro, comparando esse valor de temperatura lido com referências predefinidas, gerando um sinal de comando ao circuito que gerencia a energia entregue ao compressor, promovendo a correta modulação da capacidade de refrigeração de forma a manter a temperatura desejada no interior do ambiente refrigerado, seja ligando e desligando o compressor, ou variando a capacidade de refrigeração fornecida, no caso do compressor ser do tipo de capacidade variável. Uma limitação deste tipo de termostato é o fato de incorporar um custo adicional para promover o ajuste de velocidade do compressor, necessitando sua correta adequação para esta função, através de alguma capacidade de processamento lógico e algoritmos de controle que definam a velocidade correta de operação do compressor, implementados no circuito de termostato, separadamente do controle do compressor. [0010] Uma outra solução para o controle de temperatura em um ambiente refrigerado é descrita no documento norte-americano US 4.850.198 que revela um sistema de refrigeração, compreendendo compressor, condensador, válvula de expansão e evaporadores, além de um controle sobre a energização do compressor. Este controle é feito através de um microprocessador de acordo com uma leitura de temperatura proveniente de um termostato determinando a energiza- ção 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 em função da temperatura medida no ambiente refrigerado. [0011] É conhecida pelo estado da técnica também a solução a-presentada no documento WO 98/15790, onde a velocidade do eixo e, conseqüentemente, a capacidade de refrigeração do compressor é ajustada pelo controlador do compressor valendo-se da informação de abertura e fechamento dos contatos de um termostato simples, do tipo que promove a abertura e fechamento dos contatos de uma chave em função de dois limites de temperatura. Essa técnica ajusta a velocidade do compressor a cada ciclo de operação reduzindo a velocidade do compressor, a cada ciclo, em etapas predefinidas. [0012] A limitação desta solução é que a condição de operação mais adequada para operação do compressor é buscada passo a passo, a cada ciclo de operação, tornando o sistema mais lento e limitando seus benefícios. Também apresenta limitação no tempo de reação quando um incremento substancial de capacidade de refrigeração é requerido ao longo de um ciclo de refrigeração, limitando a capacidade de estabilização das temperaturas e limitando a resposta à adição de cargas térmicas ao refrigerador. [0013] Outra solução conhecida pelo estado da técnica é descrita no documento US 5.410.230, onde é proposto um controle no qual a velocidade de operação do compressor é ajustada em resposta à temperatura em um determinado ponto do sistema de refrigeração, demandando um circuito de medição da temperatura, com as conse-qüentes desvantagens de custo.

Objetivos da Invenção [0014] Os objetivos da presente invenção são de prover meios para controlar a temperatura no interior de um sistema de refrigeração e determinar a velocidade de operação do compressor de capacidade variável, fazendo uso de um termostato convencional do tipo que abre e fecha um contato em resposta a um limite mínimo e um limite máximo de temperatura no interior do compartimento refrigerado. [0015] Ainda, um outro objetivo da presente invenção é prover um controle para um sistema de refrigeração, capaz de determinar a velocidade de operação de um compressor de capacidade variável, dispensando a necessidade de termostatos eletrônicos com capacidade de processamento lógico para essa determinação da velocidade de operação do compressor, e portanto constituindo um sistema mais e-conômico. [0016] Ainda, um outro objetivo da presente invenção é prover um controle para um sistema de refrigeração capaz de determinar a velocidade de operação de um compressor de capacidade variável, determinando a velocidade mais adequada para operação do compressor, minimizando assim o consumo de energia. [0017] Ainda, um outro objetivo da presente invenção é prover um controle para um sistema de refrigeração capaz de determinar a velocidade de operação de um compressor de capacidade variável, minimizando o tempo de resposta à variações de carga térmica impostas a esse sistema de refrigeração. [0018] Ainda, um outro objetivo da presente invenção é prover um controle para um sistema de refrigeração capaz de determinar a velocidade de operação de um compressor de capacidade variável, corrigindo a capacidade de operação do compressor ao longo do ciclo de operação em andamento.

Breve Descrição da Invenção [0019] Os objetivos da presente invenção são alcançados através de um sistema de controle de refrigeração de um ambiente refrigerado, onde um termostato atuante em resposta a dois limites de temperatu- ra, máximo e mínimo, é capaz de indicar o estado da temperatura em relação a esses dois limites, um compressor de capacidade variável alimentado eletricamente e controlado através de um circuito eletrônico de acionamento capaz de medir uma variável associada à carga imposta ao motor do compressor, por exemplo, à potência elétrica e rotação ou o torque ou a força sobre o pistão, sendo esse circuito eletrônico de acionamento do compressor dotado também de um micro-controlador, e de uma variável de tempo sendo armazenada no micro-controlador. O sistema de controle de refrigeração de um ambiente refrigerado compreendendo um compressor de capacidade variável e um controlador, o controlador medindo a carga do compressor e verificando a situação da temperatura no ambiente refrigerado e atuando na capacidade de refrigeração do compressor. [0020] Os objetivos da presente invenção são ainda traduzidos por um método de controle para um compressor eletricamente alimentado e sendo controlado por um circuito eletrônico, sendo que este circuito eletrônico de controle realiza medições da variável associada à carga imposta ao compressor, o microcontrolador comparando a taxa de variação desta variável associada à carga imposta ao compressor com um valor de referência máximo previamente armazenado no microcontrolador, o microcontrolador aumentando a capacidade de refrigeração do compressor proporcionalmente a essa taxa de variação da carga, se esta taxa de variação da carga imposta ao compressor for superior ao valor de referência armazenado no microcontrolador, o microcontrolador recebendo a informação do estado da temperatura do ambiente refrigerado em relação aos dois limites predefinidos, interrompendo a operação do compressor se a temperatura for inferior ao limite mínimo predefinido para temperatura no interior do ambiente refrigerado e iniciando novo ciclo operação do compressor se a temperatura for superior ao limite máximo predefinido para a temperatura no interior do am- biente refrigerado, o microcontrolador iniciando a operação do sistema de refrigeração, no seu primeiro ciclo de operação ou refrigeração, ou após uma interrupção da energia, em uma capacidade predefinida e elevada, propiciando uma elevada capacidade de refrigeração no primeiro ciclo, o microcontrolador registrando o valor de carga imposta ao compressor quando o limite mínimo de temperatura dentro do gabinete refrigerado é atingido, comparando esse valor de carga ao valor de carga demandado pelo compressor logo após o início de operação no ciclo subseqüente, ciclo este iniciado com uma capacidade de refrigeração predefinida e baixa, associada à condição de melhor eficiência energética do sistema, o microcontrolador incrementando a capacidade do compressor em uma proporção K*L2/L-i entre a carga L2 logo a-pós ti + t2 o início de operação do novo ciclo de refrigeração e a carga L-ι demandada no final do ciclo de refrigeração anterior, se essa relação L2/L-i entre as cargas for superior a um limite predefinido R. O microcontrolador medindo periodicamente, em períodos de tempo t2, ao longo dos ciclos de refrigeração subseqüentes ao primeiro ciclo de refrigeração, a carga L2, o microcontrolador incrementando a capacidade de refrigeração do compressor em uma proporção K*L2/L-i entre a carga L2 logo após os períodos de tempo t2 e a carga Li medida no final do ciclo de refrigeração anterior, ou medida logo antes da última alteração de capacidade S do compressor, se essa relação L2/L1 entre as cargas for superior a um limite predefinido R. [0021] O método de controle de um sistema de refrigeração inclui etapas de ao longo de um ciclo de refrigeração medir a carga do compressor, o ciclo sendo iniciado quando a situação da temperatura no ambiente refrigerado indicar que a temperatura é superior a um máximo valor permitido, calcular uma relação entre o valor armazenado de uma segunda variável e o valor armazenado de uma primeira variável L-ι, a segunda variável L2 correspondendo à carga do ciclo de refrige- ração atual, e a primeira variável correspondendo à carga antes da última alteração de capacidade do compressor, seguir asetapas de alterar o valor da capacidade de refrigeração se então e armazenar o valor da segunda variável na primeira variável sendo um valor de referência preestabelecido e sendo um valor constate preestabelecido, ou manter a atual capacidade de refrigeração se então s = s e manter o valor da primeira variável. [0022] Os objetivos da presente invenção são ainda traduzidos através de um refrigerador compreendendo um compressor de capacidade variável, um controlador controlando a capacidade do compressor, e um evaporador, o evaporador sendo associado ao compressor e estando posicionado em pelo menos um ambiente refrigerado, o controlador acionando o compressor em ciclos de refrigeração para manter a situação de temperatura do ambiente refrigerado dentro de limites máximo e mínimo de situações de temperatura preestabelecidos, o controlador medindo uma carga do compressor, e atua na capacidade de refrigeração do compressor em função da evolução da carga sobre o compressor em combinação com o estado de temperatura no ambiente refrigerado.

Descricão Resumida dos Desenhos [0023] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: [0024] Figura 1 - um diagrama esquemático do sistema de controle de refrigeração de um ambiente refrigerado de acordo com a presente invenção; [0025] Figura 2 - fluxograma do método de controle para sistema de refrigeração, de acordo com a presente invenção; [0026] Figura 3 - detalhamento das características do termostato usado no sistema objeto da presente invenção; [0027] Figura 4 - diagrama esquemático do circuito de controle do compressor de acordo com a presente invenção; [0028] Figura 5 a - relação entre a temperatura de evaporação no compressor e a carga mecânica resultante; [0029] Figura 5 b - relação entre a carga mecânica no compressor e a corrente nas fases do motor; [0030] Figura 5 c - relação entre a carga mecânica no compressor e a potência absorvida pelo compressor em diferentes rotações; [0031] Figura 6 - curvas de potência e carga mecânica do compressor, relacionadas com temperatura interna do ambiente refrigerado e relacionadas com a capacidade de refrigeração ajustada para o compressor, em um período inicial de funcionamento do sistema; e [0032] Figura 7 - curvas de potência e carga mecânica do compressor, relacionadas com temperatura interna do ambiente refrigerado e relacionadas com a capacidade de refrigeração ajustada para o compressor, em um período de regime, quando uma carga térmica é adicionada ao sistema de refrigeração.

Descrição Detalhada das Figuras [0033] Conforme figura 1, o sistema compreende basicamente um condensador 8, um evaporador 10 posicionado em um ambiente refrigerado 11, isto é, a ser refrigerado, um elemento de controle capilar 9, um compressor 7, pode incluir um termostato 4 e um controlador 2 eletrônico para controlar a capacidade S do compressor 7 que atua em ciclos. O compressor 7 promove o fluxo do gás no interior do circuito de refrigeração 12, o que leva a retirada do calor do ambiente refrigerado 11, sendo que um sensor de temperatura 6 integrante do termostato 4 constata a temperatura e compara o resultado dessa constatação com limites predefinidos para fornecer ao circuito de controle 2 a informação 5 do estado dessa temperatura no interior do ambiente refrigerado 11.0 circuito de controle 2 de capacidade do compressor 7 absorve um valor de potência 1 da rede de alimentação, e fornece corrente 3 ao motor M do compressor 7. [0034] De acordo com a figura 2, o sistema de controle controlado através de um método de controle de presente invenção consiste em estabelecer, em um primeiro ciclo de refrigeração do sistema de refrigeração, uma capacidade de refrigeração S com valor elevado S-i, predefinida, fazendo com que o compressor 7 promova um elevado fluxo de massa e, conseqüentemente, uma rápida redução na temperatura T do ambiente refrigerado 11. Essa elevada capacidade de refrigeração Si pode ser obtida elevando a velocidade de funcionamento do compressor 7. Segundo os ensinamentos da presente invenção, a carga Ln do compressor 7 é medida ao longo do primeiro ciclo de refrigeração, quando o compressor está funcionando, sendo que o compressor é mantido em operação até que o ambiente refrigerado 11a-tinja o valor de temperatura mínimo T| desejado, quando então o compressor 7 é desligado e o valor de carga médio Li demanda pelo compressor 7 no final do primeiro ciclo de refrigeração imediatamente antes de ter sido desligado é armazenado. [0035] Nesta situação, com o compressor 7 desligado, o ambiente refrigerado 11 passará a aquecer, devido aos vazamentos térmicos através da isolação do ambiente refrigerado 11, e devido a cargas térmicas eventualmente adicionadas no interior deste, fazendo com que a temperatura T se eleve. Essa elevação da temperatura T levará o ambiente refrigerado 11a atingir a temperatura máxima permitida T2, quando então o termostato 4 enviará um sinal 5 ao controle 2 informando a constatação desta condição de temperatura, comandando o religamento do compressor 7. Segundo o método de controle de um sistema de refrigeração proposto, o compressor 7 será religado em uma capacidade de refrigeração S = S2, predefinida, escolhida de forma a promover a operação do sistema consumindo o menor valor de energia possível. Essa capacidade de refrigeração S2, de maior eficiência, geralmente corresponde à menor capacidade do compressor 7, e que corresponde a menor velocidade de operação no caso de compressores de capacidade variável de movimento rotativo. A medição da carga Ln imposta ao compressor 7 após o religamento é feita depois de transcorrido um período ti de transição, predefinido, e dependente basicamente das características construtivas do sistema de refrigeração a ser controlado, período este no qual as pressões de funcionamento estão se estabelecendo, e o valor de carga Ln imposta ao compressor 7 ainda não representa adequadamente a condição de carga térmica do sistema de refrigeração. Depois de transcorrido esse período ti de transição, o valor médio de carga L2 imposta ao compressor 7 é medido periodicamente, em intervalos de tempo t2 predefi-nidos. Na seqüência é calculada a relação L2/L-i entre o valor médio de carga L2 no último período de funcionamento e o valor de carga L-ι do compressor 7 no ciclo de refrigeração anterior, sendo então esta relação comparada com uma constante R predefinida. O compressor 7 terá sua capacidade de refrigeração S corrigida em uma proporção K desta relação entre as cargas L2/L-i se essa relação for maior que a constante predefinida R, sendo que nesta condição o valor de carga L-i é atualizado com o último valor de carga L2 medido no ciclo atual de refrigeração. O sistema terá sua capacidade de refrigeração S mantida se a relação L2/L1 entre as cargas for menor que a constante R. [0036] Se [0037] Se [0038] A constante R é predefinida em função da sensibilidade a variações de carga térmica requerida para o sistema de refrigeração a ser controlado, e a constante K é um fator preestabelecido, que depende da rapidez na evolução das temperaturas requerida para o sistema de refrigeração, caso uma variação de carga térmica ocorra. Tipicamente, tais valores podem se situar em torno dos seguintes valores: R=1,05 e K=1,20. [0039] Segue-se então a constatação do estado da temperatura T no interior do ambiente refrigerado 11, mantendo o compressor 7 em operação caso não tenha sido atingido a temperatura mínima T1t repetindo a medição da carga Ln do compressor 7 em períodos t2 predefi-nidos de tempo, atualizando o valor de carga do último período de funcionamento l_2, repetindo o ciclo de comparação da relação entre as cargas do ciclo anterior de funcionamento U e o valor de carga do último ciclo de funcionamento L2, comparando essa relação com uma constante R e corrigindo a capacidade de refrigeração S conforme detalhado anteriormente. [0040] Esse ciclo se repetirá até que a temperatura T no interior do ambiente refrigerado 11 atinja o valor de temperatura mínimo Ti e o compressor 7 seja comandado a desligar, quando então o valor de carga do compressor 7 no último período de operação L2 é transferido para a variável que guarda o valor de carga do ciclo anterior L-ι, sendo o compressor mantido desligado até que a temperatura no interior do ambiente refrigerado 11 se eleve e atinja o valor máximo T2, quando então o compressor 7 comandado a operar novamente, em um novo ciclo de refrigeração, novamente em uma capacidade de refrigeração S igual a um valor predefinido S2, correspondente a uma condição de menor consumo de energia, repetindo-se todo o ciclo. [0041] A figura 3 ilustra a relação entre a situação de temperatura T no ambiente refrigerado 11 e o sinal de comando 5 fornecido pelo termostato 4 que percebe a temperatura pelo sensor 6 e gera um sinal 5, que indicará se a temperatura T atingiu o valor mínimo Ti ou o valor máximo T2, dotado de uma histerese, conforme ilustrado no gráfico. [0042] Na figura 4, está detalhado o controle eletrônico de capacidade 2 do compressor 7, onde a corrente Im fornecida ao motor M circula pelas chaves de uma ponte inversora Sn e pelo resistor Rs sobre o qual é gerada uma queda de tensão Vs proporcional à corrente Im circulante pelo motor M aplicada pela fonte F. A informação da tensão de alimentação V aplicada sobre o motor M, informação de tensão Vs sobre o resistor Rs sensor de corrente, e a tensão V0 de referência são fornecidas a um circuito processador de informações 21, que consiste de um microcontrolador ou um Processador digital de sinais. A carga, ou torque mecânico Ln sobre o motor M do compressor 7 é diretamente proporcional à corrente Im circulante pelos enrolamentos deste motor M. No caso de motores com imãs permanentes sem escovas, essa relação é praticamente linear. O cálculo bastante preciso da carga Ln do compressor 7 pode então ser feito observando o valor de corrente Im circulante pelo resistor Rs sensor de corrente, que é lido através da tensão Vs sobre esse resistor Rs, pelo circuito processador de informações 21. A carga Ln no compressor 7 obedece aproximadamente uma relação linear entre a tensão sobre o resistor Rs sensor de corrente e uma constante de correção Kt0rque· Ln = Vs■ Ktorque [0043] No caso em que houver modulação em largura de pulso da tensão sobre o motor Μ, o valor de corrente Im média nas fases do motor M corresponde à média do valor de corrente observado sobre o resistor sensor Rs, calculada durante os períodos em que as chaves da ponte inversora Sn estão fechadas, já que a corrente Im circulante pelos enrolamentos do motor M não circula pelo resistor sensor Rs durante o período em que as chaves Sn estão abertas. [0044] Uma forma alternativa para cálculo da carga Ln no compressor 7 é dividir o valor de potência P entregue ao motor M pela ve- locidade de giro do motor, sendo que essa potência P é calculada pelo produto da tensão V e da corrente Im sobre o motor M. Desta forma, o valor da carga no compressor 7 pode ser calculado pela expressão: [0045] Conforme mostrado na figura 5a, o torque no motor M, ou a carga Ln no compressor 7 mantém uma proporcionalidade com a temperatura de evaporação E, que por sua vez mantém uma correlação forte com a carga térmica no sistema de refrigeração. Dessa forma, quando o ambiente refrigerado 11 está em uma temperatura T mais elevada, por exemplo, durante um período inicial de funcionamento do sistema a ser controlado, ou quando se adiciona uma carga térmica no interior do ambiente refrigerado 11, a temperatura de evaporação E no evaporador 10 é mais elevada, exigindo mais trabalho do compressor 7, que se traduz em um maior torque ou maior carga Ln sobre o compressor 7 e, conseqüentemente, em uma maior corrente Im nas fases do motor M, conforme indicado no gráfico da figura 5b. O valor de potência P absorvido pelo motor M está diretamente relacionado com o torque e a velocidade de giro, conforme ilustrado no gráfico da figura 5c onde pode se observar diferentes capacidades Sa, Sb e Sc do compressor 7, sendo Sc a maior capacidade. Essa maior capacidade corresponde a uma maior velocidade, no caso de compressores de mecanismo girante. [0046] O valor da carga Ln, caracterizada pelo torque no eixo do mecanismo de bombeamento de gás e conseqüentemente do eixo do motor, no caso dos compressores de movimento rotativo, ou caracterizada pela força ou carga Ln sobre o pistão (não-mostrado) no caso dos compressores de movimento linear, é predominantemente dependente da temperatura de evaporação do gás, temperatura esta imposta pelo sistema de refrigeração, sendo que essa temperatura de evaporação corresponde diretamente a uma pressão do gás que, por sua vez, se traduz em uma força sobre o pistão do mecanismo de bombe-amento e, conseqüentemente, em um torque no eixo desse mecanismo. Uma correlação estreita entre a temperatura no ambiente refrigerado e a temperatura de evaporação do gás se verifica devido ao bom acoplamento térmico entre o ambiente refrigerado e o evaporador 10. Supondo uma temperatura de evaporação constante, essa carga Ln, será essencialmente constante para qualquer rotação de funcionamento do compressor, ou amplitude de oscilação do pistão, sendo portanto uma variável que representa muito bem a situação e o comportamento térmico do ambiente refrigerado 11. Quando o compressor é comandado a operar em diferentes capacidades de refrigeração S, o que é caracterizado por diferentes velocidade de rotação ou diferente curso do pistão, ocorre uma reação do sistema de refrigeração, levando a mudanças nas pressões do gás, alterando as temperaturas de condensação e de evaporação, que por sua vez causarão alterações na carga Ln do compressor. [0047] No caso de aplicação em um compressor 7 do tipo linear, a potência P é fornecida ao motor M será proporcional ao produto da carga Ln sobre o respectivo pistão pela velocidade de deslocamento deste pistão do compressor 7, o controlador 2 será responsável pelo controle da velocidade de deslocamento do pistão. [0048] Em outras palavras, a carga Ln praticamente independe da rotação/oscilação, dependendo somente da temperatura de evaporação do gás que circula pelo circuito de refrigeração 12. Fatores secundários influem no valor da carga Ln quando a rotação/oscilação são alterados, mas em pequena magnitude, sendo desprezíveis perante o efeito da temperatura de evaporação do gás. Alguns dos efeitos secundários mais importantes são a fricção nos mancais e as perdas por atrito viscoso do gás. [0049] Quando o compressor é comandado a operar em diferentes capacidades de refrigeração S, o que é caracterizado por diferentes velocidades de rotação ou diferente curso do pistão, ocorre uma reação do sistema de refrigeração, levando a mudanças nas pressões do gás, alterando as temperaturas de condensação e de evaporação, que por sua vez causarão alterações na carga Ln do compressor. [0050] Na figura 6 está ilustrado a evolução das variáveis potência P absorvida pelo compressor 7 que atua em ciclos, torque do motor ou carga Ln do compressor 7, temperatura T no interior do ambiente refrigerado 11 e capacidade de refrigeração S do compressor 7. [0051] Durante o período inicial de funcionamento, quando a temperatura T é elevada, muito acima do valor mínimo desejado Τ-ι, o método proposto estabelece uma capacidade de refrigeração S elevada S = Si, que consiste em uma alta rotação de funcionamento no caso de compressores de movimento rotativo. Esta condição de alta capacidade de refrigeração S garante que o ambiente refrigerado 11 tenha sua temperatura T reduzida em um intervalo de tempo mínimo, conferindo alta performance para este sistema de refrigeração neste aspecto. Durante todo o período de funcionamento, o termostato 4 observa a temperatura T no interior do ambiente refrigerado 11, e o circuito de controle 2 realiza a medição da carga Ln do compressor 7, e a média deste valor de carga é calculado para o período de tempo mais recente, sendo este período na ordem de alguns segundos ou minutos, armazenando o resultado em uma variável L-ι. Quando a temperatura T no ambiente refrigerado 11 atingir o valor mínimo desejado T1( o termostato enviará um comando 5 ao controlador eletrônico 2, que comandará a parada do compressor 7. [0052] O valor de potência Pi absorvida pelo compressor 7 neste período final de operação antes do desligamento, ou diretamente o valor de carga L-ι sobre o compressor 7 neste período final de operação é armazenado. [0053] Assim que a temperatura T ou situação de temperatura T no interior do ambiente refrigerado 11 aumenta e atinge o valor máximo permitido T2 o termostato 4 gera o comando 5 informando o controle 2 desta situação, fazendo com que o compressor 7 reinicie seu funcionamento. O compressor 7 reiniciará o seu funcionamento ajustado para uma capacidade de refrigeração S, predefinida S2, que promova o mínimo consumo de energia. Esse valor de capacidade de refrigeração S2 é determinado durante o projeto do sistema e, normalmente, corresponde à mínima capacidade de refrigeração do compressor 7, ou seja, a mínima rotação de funcionamento no caso de compressores de mecanismo rotativo. [0054] Logo após o reinicio de funcionamento do compressor 7, observa-se que o valor de potência P absorvida apresenta um pico, o que se deve ao transitório das pressões no sistema de refrigeração, e que após um período de tempo ti atingem uma condição mais estável, quando passam a corresponder então à condição térmica do sistema a ser controlado. Esse período transitório pode durar até 5 minutos. Para o adequado funcionamento do método proposto, as medições de carga Ln do compressor 7 são iniciadas depois de transcorrido esse período de tempo ti. Após esse período de tempo de espera ti para acomodação do transitório de partida, inicia-se a medição da carga Ln do compressor 7, ao longo de um determinado intervalo de tempo t2, sendo esse intervalo determinado pela velocidade desejada para as reações do sistema a ser controlado à adição de cargas térmicas, e é limitado a própria constante de tempo do sistema de refrigeração, que a-presenta certo retardo para o aparecimento de variações na pressão de evaporação quando alguma perturbação térmica é imposta ao sistema, como por exemplo adição de alimentos quentes, abertura prolongada da porta (no caso de se aplicar o sistema e método a um refrigerador), etc. Esse intervalo de tempo t2 tipicamente pode ser da or- dem de alguns segundos até alguns minutos. O valor da carga L2 do compressor 7 é calculado no período final deste intervalo de tempo t2, fazendo-se a média das últimas leituras dos valores instantâneos Ln com a finalidade de eliminar as oscilações normais devido aos distúrbios presentes na rede de alimentação e ruídos inerentes ao processo de medição. [0055] Neste momento, quando o valor da carga média do último período L2 foi calculado, segue-se o processo conforme ilustrado na figura 2. [0056] A figura 7 ilustra uma situação em que logo após o início de funcionamento do compressor 7, em uma capacidade de refrigeração S igual a capacidade de melhor desempenho energético do sistema S = S2, ocorre uma perturbação térmica no ambiente refrigerado 11, elevando a temperatura de um valor T2 para um valor mais elevado T3, que por sua vez causa uma perturbação na carga L do compressor 7. O valor de carga L2 medida neste último período, após esse intervalo de medição t2 resulta em um valor bastante superior aquele valor de carga L-ι medido no período anterior, logo antes do desligamento do compressor 7. Dessa forma, a relação U/U entre os valores de carga do último período de medição e do período anterior resultará, de acordo com o exemplo, em um valor superior à constante R predefinida, satisfazendo a condição na qual a capacidade do compressor 7 será corrigida. A capacidade S do compressor 7 será então corrigida de a-cordo com a relação: [0057] Dessa forma o compressor 7 passará a operar em uma capacidade de refrigeração mais elevada S3, e fará com que a temperatura T no ambiente refrigerado 11 retorne rapidamente ao intervalo desejado, entre o máximo T2e o mínimo Ti preestabelecidos. Observa-se que a correção de capacidade S do compressor 7 é feita a cada inter- valo de medição t2 e será na proporção da carga térmica adicionada ao sistema a ser controlado, garantindo uma rápida e adequada reação do sistema. [0058] A correção da capacidade S de refrigeração do compressor 7 poderá ocorrer mais vezes ao longo do período em que o compressor 7 se encontra em funcionamento. [0059] Em um caso particular, em que a capacidade S de refrigeração do compressor 7 esteja aproximadamente em equilíbrio com a demanda requerida pelo sistema a ser controlado, a temperatura T poderia sofrer aumentos ao longo do tempo em uma taxa muito pequena, para ser detectada entre os intervalos de medição t2, e nestes casos o método proposto na figura 3 garante que um valor de carga L1 representando a carga no final do período anterior seja usado como referência ao longo de todo o período de operação do compressor 7, permitindo a correção da capacidade S do compressor 7 nestes casos em que o aumento de carga ocorra de uma forma muito lenta. [0060] 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 (29)

1. Sistema de controle de refrigeração de um ambiente refrigerado (11) compreendendo um motor elétrico (M) operativamente associado a um compressor (7) de capacidade (S) variável, o motor elétrico (M) sendo alimentado por uma corrente elétrica (Im), o sistema sendo caracterizado pelo fato de que compreende um controlador (2), o controlador (2) medindo uma carga (Ln) do compressor (7), a carga (Ln) sendo proporcional à corrente elétrica (Im) e verificando a situação da temperatura no ambiente refrigerado (11) e atuando na capacidade de refrigeração (S) do compressor (7), o compressor (7) atuando em ciclos, a capacidade de refrigeração (S) sendo alterada em função de uma evolução da carga (Ln) do compressor (7) ao longo dos ciclos de refrigeração em combinação com uma evolução da situação da temperatura no ambiente refrigerado (11).

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (2) compreende um circuito processador de informações (21), o circuito processador de informações (21) medindo a corrente (Im).

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que um resistor (Rs) é associado ao circuito processador de informações (21), e pelo fato de que a corrente (Im) circula pelo resistor (Rs).

4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma potência (P) proporcional ao produto da carga (Ln) por uma rotação do compressor (7) é fornecida ao motor (Μ), o controlador (2) controlando a rotação do compressor (7).

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma potência (P) proporcional a um produto da carga (Ln) sobre um pistão por uma velocidade de deslocamento do pistão do compressor (7) é fornecida ao motor (Μ), o controlador (2) controlando a velocidade de deslocamento do pistão do compressor (7).

6. Sistema de acordo com a reivindicação 4 ou 6, caracterizado pelo fato de que o controlador (2) compreende circuito processador de informações (21), o circuito processador de informações (21) medindo a potência (P).

7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o circuito de refrigeração (12) compreende um evaporador (10), o evaporador (10) sendo associado ao compressor (7) e estando posicionado no ambiente refrigerado (11).

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende um conjunto sensor de temperatura (46) associado ao circuito processador de informações (21), o conjunto sensor de temperatura (46) verificando a situação de temperatura do ambiente refrigerado (11).

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o circuito processador de informações (21) compreende valores de situação de temperatura máxima (T2) e mínima (T|) preestabelecidos, os valores de situação de temperatura máxima (T2) e mínima (Ti) correspondendo à temperaturas máxima e mínima do ambiente refrigerado (11).

10. Método de controle de um sistema de refrigeração que compreende um compressor (7) tendo uma carga (Ln) e ciclicamente aplicando uma capacidade de refrigeração (S) a um ambiente refrigerado (11), a capacidade de refrigeração (S) sendo variável, o método sendo caracterizado pelo fato de que compreende etapas de: - ao longo de um ciclo de refrigeração medir a carga (Ln) do compressor (7), o ciclo sendo iniciado quando a situação da tempera- tura no ambiente refrigerado indicar que a temperatura (T) é superior a um máximo valor permitido (Ti), - calcular uma relação (L2/L-i) entre o valor armazenado de uma segunda variável (L2) e o valor armazenado de uma primeira variável (Li), a segunda variável (L2) correspondendo à carga (Ln) do ciclo de refrigeração atual, e a primeira variável correspondendo à carga (Ln) antes da última alteração de capacidade (S) do compressor (7), - seguir as etapas: • de alterar o valor da capacidade de refrigeração (S) se então e armazenar o valor da segunda variável (L2) na primeira variável (L-ι), (R) sendo um valor de referência preestabe-lecido e (K) sendo um valor constate preestabelecido, ou • manter a atual capacidade de refrigeração (S) se então s = s e manter o valor da primeira variável (Li).

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de medir a carga (Ln) do compressor (7) é iniciada depois de transcorrido um primeiro tempo (ti) preestabelecido contado a partir do início do ciclo de refrigeração.

12. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que após a etapa de medir a carga (Ln) do compressor (7), compreende uma etapa de armazenar na segunda variável (L2), o valor da carga (Ln) medida.

13. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que após a etapa de alterar o valor da capacidade de refrigeração (S), e da etapa de manter a capacidade de refrigeração (S), compreender uma etapa de constatar uma situação de temperatura (T) do ambiente refrigerado (11).

14. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 12, caracterizado pelo fato de que após a etapa de constatar uma situação de temperatura (T) do ambiente refrigerado retornar a etapa de medir a carga (Ln) do compressor se a situação de temperatura (T) no ambiente refrigerado indicar que um valor mínimo (T2) não foi atingido.

15. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de retornar a medição da carga (Ln) do compressor (7) após transcorrido um segundo tempo de espera (t2).

16. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 12, caracterizado pelo fato de encerrar o atual ciclo de refrigeração se a situação de temperatura (T) do ambiente refrigerado (11) indicar que um valor mínimo (T2) foi atingido.

17. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o início do ciclo de refrigeração compreender as etapas de operar o compressor (7) a uma capacidade de refrigeração (S2) substancialmente inferior a uma capacidade (Si), a capacidade (Si) sendo substancialmente próxima da máxima capacidade do compressor (7).

18. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de iniciar o primeiro ciclo de refrigeração ser caracterizada por: - operar o compressor (7) na capacidade de refrigeração (Si) correspondente à uma capacidade substancialmente próxima da capacidade máxima do compressor (7) em um primeiro ciclo de refrigeração, - medir a carga (Ln) do compressor (7), - armazenar um valor mais recente da média das cargas (Ln) do compressor (7) ao longo do ciclo de refrigeração em uma primeira variável (L-ι), quando o compressor (7) estiver operando em um primeiro ciclo de refrigeração ou após uma interrupção de operação deste, - constatar a situação de temperatura (T), e - encerrar a operação do compressor (7) se a situação for menor que (T-i).

19. Refrigerador compreendendo: um compressor (7) de capacidade (S) variável, um controlador (2) controlando a capacidade (S) do compressor (7), e um evaporador (10), o evaporador (10) sendo associado ao compressor (7) e estando posicionado em pelo menos um ambiente refrigerado (11), o refrigerador sendo caracterizado pelo fato de que: o controlador (2) aciona o compressor (7) em ciclos de refrigeração para manter a situação de temperatura (T) do ambiente refrigerado (11) dentro de limites (T1,T2) máximo e mínimo de situações de temperatura preestabelecidos, o controlador (2) mede uma carga (Ln) do compressor (7), e atua na capacidade de refrigeração (S) do compressor (7) em função da evolução da carga (Ln) sobre o compressor em combinação com o estado de temperatura no ambiente refrigerado (11).

20. Refrigerador de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que um ciclo de refrigeração do compressor (2) é acionado quando a situação de temperatura (T) do ambiente refrigerado (11) indica que o limite máximo (T2) foi atingido.

21. Refrigerador de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que um ciclo de refrigeração do compressor (2) é interrompido quando a situação de temperatura (T) do ambiente refrigerado (11) indica que o limite mínimo (T|) foi atingido.

22. Refrigerador de acordo com a reivindicação 19, 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que compreende: um circuito de refrigeração (12) compreendendo um fluido refrigerante tendo uma temperatura de evaporação (E) e o controlador (2) recebe a informação da situação da temperatura do ambiente refrigerado (11).

23. Refrigerador de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que uma corrente elétrica (Im) proporcional à carga (Ln) é fornecida a um motor (M) associado ao compressor (7).

24. Refrigerador de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que um resistor (Rs) é associado ao circuito processador de informações (21), e pelo fato de que a corrente (Im) circula pelo resistor (Rs).

25. Refrigerador de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que uma potência (P) proporcional a um produto da carga (Ln) por uma rotação de um eixo do compressor (7) é fornecida ao motor (Μ), o controlador (2) controlando a rotação do eixo do compressor (7).

26. Refrigerador de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que uma potência (P) proporcional a um produto da carga (Ln) sobre um pistão por uma velocidade de deslocamento do pistão do compressor (7) é fornecida ao motor (Μ), o controlador (2) controlando a velocidade de deslocamento do pistão do compressor (7).

27. Refrigerador de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que o controlador (2) compreende circuito processador de informações (21), o circuito processador de informações (21) medindo a potência (P).

28. Refrigerador de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 27, caracterizado pelo fato de que o circuito de refrigeração (12) compreende um evaporador (10), o evaporador (10) sendo associado ao compressor (7) e estando posicionado no ambiente refrigerado (11).

29. Refrigerador de acordo com a reivindicação 28, caracte- rizado pelo fato de que compreende um conjunto sensor de temperatura (46) associado ao circuito processador de informações (21), o conjunto sensor de temperatura (46) medindo a temperatura do ambiente refrigerado (11).