evaporadores v2 [modo de...

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Evaporadores

Definido como qualquer dispositivo dentro do qual ocorre a vaporização de um refrigerante, com o objetivo de extrair calor de um meio circundante. É o agente direto de resfriamento, constituindo a interface entre o processo e o circuito frigorífico.

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Classificação

Podem ser classificados de diversas formas, dependendo do processo de transferência de calor ou do escoamento do refrigerante ou ainda em função da condição da superfície de troca térmica.

�De convecção natural ou forçada (escoamento externo)

- No tipo convecção forçada , um ventilador ou bomba é utilizado para circular o fluido que está sendo resfriado, fazendo-o escoar sobre a superfície de troca térmica a qual é resfriada pela vaporização do refrigerante.

- No tipo convecção natural , o fluido que está sendo resfriado escoa devido às diferenças de massa específica ocasionadas pelas diferenças de temperatura entre as correntes fria e quente. Utilizados principalmente em refrigeradores domésticos e câmaras frigoríficas que requerem baixas velocidades do ar e mínima desumidificação do produto.

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Evaporadores de circulação natural

Evaporador de circulação forçada

Tipo roll-bondDe tubos horizontais

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� Fluxo do refrigerante dentro ou fora dos tubos

Podem ser classificados dessa maneira por que o processo de vaporização do refrigerante, externo ou interno ao tubo, é completamente diferente.

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Vaporização externa (pool boiling)

https://www.youtube.com/watch?v=GA9MBdePwmo

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Vaporização interna (convective boiling)

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Evaporadores com expansão direta (ou evaporadores secos):

Projetados para conter apenas a quantidade de refrigerante demandada pela carga. O refrigerante é alimentado ao evaporador através de um dispositivo de expansão na quantidade exata para que todo o líquido seja convertido em vapor antes do refrigerante chegar na sucção do compressor.

� Evaporadores secos ou inundados

O dispositivo de expansão utilizado neste caso é uma válvula termostática (TXV). O superaquecimento é limitado de 3 a 10 °C. Esses dispositivos estão limitados a evaporadores onde o refrigerante vaporiza no interior dos tubos.

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Evaporador inundado:

É projetado para conter um nível constante de refrigerante líquido dentro do evaporador. O nível é mantido através de uma válvula tipo bóia ou outro controle adequado. A circulação do refrigerante acontece por convecção natural (termosifão). Toda a superfície interna do evaporador permanece “molhada” pelo refrigerante líquido.

O vapor formado é separado no tanque separador de líquido, escoando daí para a sucção do compressor. A diferença de pressão estática na “perna” de líquido é maior do que na parte onde existem vapor e líquido no evaporador, o que faz o refrigerante escoar.

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Vantagens dos evaporadores inundados em relação aos secos:

� as superfícies do evaporador são melhor utilizadas pois estão completamente molhadas;

� problemas na distribuição do refrigerante em evaporadores de circuitos paralelos são menos severos;

� vapor saturado e não super aquecido entra na linha de sucção do compressor (menor temperatura), reduzindo a temperatura de descarga do compressor

� as válvulas que regulam a vazão de refrigerante enviado ao evaporador recebem líquido a pressão constante, ao invés da pressão de condensação.

Desvantagens:

� custo inicial maior;

� maior quantidade de refrigerante é necessária para preencher os evaporadores e tanques separadores;

� acúmulo de óleo lubrificante no tanque separador e evaporadores, necessitando remoção constante.

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Evaporador inundado com recirculação de líquido:

Nesse caso, o evaporador é alimentado através de uma bomba ou pela pressão do vapor, através de um arranjo especial. Uma grande quantidade de líquido entra no evaporador, muito acima do que vaporiza.

Suas vantagens são: super alimentação de líquido em qualquer condição de carga térmica, acúmulo de óleo apenas no tanque separador, menores custos de manutenção (na remoção do óleo e nos controles).

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Evaporador inundado com recirculação de líquido:

•Número de recirculação f ,, é definido como:

o vaporizadterefrigeran de mássica Vazão

evaporador ao fornecida terefrigeran de mássica Vazão=f

Observação importante: a condição de saída da mistura líquido-vapor dos evaporadores (estado x10) está associada com o “número de circulação”, o qual indica o fluxo de massa de refrigerante que circula no evaporador em relação ao fluxo de massa que vaporiza.

Por exemplo, um número de circulação igual a 1 (um) indica que todo fluxo de refrigerante vaporiza na passagem do evaporador, saindo na condição de vapor saturado.

Para um número de circulação f=3, o título na saída será x* =1/3 = 0,333

fx

1=∗

3

4

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8

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10

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Para que haja uma alimentação com excesso de líquido, o valor de f deve ser superior à unidade. Ao mesmo tempo em que essa vazão em excesso incrementa o coeficiente de T.C., a maior vazão implica numa maior queda de pressão no evaporador e, portanto, num custo operacional de bombeamento maior. Os valores do número de recirculação na tabela abaixo seguem recomendação da ASHRAE Refrigeration 2010.

Refrigerante Fator de recirculação

R-717

Alimentação por cima e tubos de grande diâmetro 6 a 7

Alimentação normal e tubos de pequeno diâmetros 2 a 4

R-134a 2

R-22 (alimentação por cima) 3

7

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Admissão do refrigerante:

� Alimentação por cima:

� carga menor de refrigerante (separador de líquido menor);

� drenagem natural da serpentina antes do degelo (menos degelo a gás quente);

� transporte de óleo de maneira contínua.

� Alimentação por baixo:

� melhor coeficiente de transferência de calor no lado do refrigerante;

� melhor distribuição do refrigerante pelos circuitos da serpentina.

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Exemplos de evaporadores secos

Serpentina aletada

aletas

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Exemplos de evaporadores inundados tipo casco e tubo com circulação natural

Nestes evaporadores, o refrigerante circula no casco enquanto o líquido (água, solução etílica, fluidos térmicos, etc.) circula nos tubos.

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Evaporador tipo casco e tubo resfriador de líquido

O refrigerante passa através dos tubos enquanto o

líquido circula pelo casco. Alimentação do

refrigerante controlada por TXV.

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Atualmente, os evaporadores casco e tubos estão sendo substituídos pelos trocadores de placas. Sua maior vantagem é o melhor desempenho térmico, o que lhes confere um tamanho relativamente reduzido. Como desvantagens: excessiva perda de carga e distribuição inadequada do refrigerante.

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Outros tipos de evaporadores: automotivos

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Evaporador para CO2

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Em evaporadores, o calor é transferido do fluido quente para o fluido frio. Este processo pode ser associado a um circuito elétrico com resistências em série. Estas resistências estão relacionadas aos seguintes processos:

i. Convecção no lado do ar (ou do líquido que deve ser resfriado);

ii. Condução através das aletas e da parede do tubo;

iii. Convecção no lado do refrigerante.

Coeficiente global de transferência de calor

Refrigerante →

↑

Ar

Ae, ha e Te

Ai, hr e Tr

Temperatura do refrigerante, Tr

Refrigerante →

x

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i. Convecção no lado do ar (ou do líquido que deve ser resfriado);

ea

ea

Ah

TTq

1−=

ii. Condução através das aletas e da parede do tubo;

média

ie

kAx

TTq

−=

iii. Convecção no lado do refrigerante.

ir

ri

Ah

TTq

1−=

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Para condição de regime permanente, pode-se reescrever as equações anteriores como:

ou:

( )ra

irmédiaea

TT

AhkAx

Ah

q −

++=

111

ir

ri

média

ie

ea

ea

Ah

TT

kAx

TT

Ah

TTq

11−=−=−=

12

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O coeficiente global de transferência de calor, U, pode ser definido como:

Como diferentes áreas são incluídas na análise (Ae, Ai), o valor de U deve ser referido a cada uma delas:

e a expressão de U pode ser escrita como:

Assim, para o caso da transferência de calor do ar para o refrigerante, a resistência total associada ao circuito elétrico análogo, é dada pela expressão:

( )ra TTUAq −=

( ) ( )raiiraee TTAUTTAUq −=−=

irmédiaeaiiee AhkA

x

AhAUAU

1111 ++==

refrigtuboartotal RRRR ++=

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Exemplo de cálculo do coeficiente global de TC (U):Considere um evaporador formado por tubos de aço, sendo ha = 60 W/m2

°C, hr = 1200 W/m2°C. O

diâmetro externo do tubo é de 26,7 mm e o diâmetro interno igual a 20,9 mm. A condutividade térmica do aço é de 45 W/m°C.

Selecionando como referência o diâmetro interno:

e

A espessura do tubo é:

e

rie

i

ea

i

i hAAk

xA

Ah

A

U

1

2

1 +−+=

783,07,26

9,20 ==e

i

A

A 878,0

29,207,26

9,20

2

=+=− ie

i

AAA

mmm 0029,0 9,22

9,207,26 ==−

( )( )1200

1

45

878,00029,0

60

783,01 ++=iU

CmWU i o

434214342143421

2

%6%4,0%6,93

/ 9,71000833,0000057,001305,0

1 =++

=

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Uso de aletas no lado do ar

Comparando-se as diversas resistências na equação anterior, pode-se concluir que a resistência do lado do ar representa aproximadamente 94% da resistência total. Desta forma, percebe-se que qualquer mudança significativa no valor de U deva acontecer na resistência térmica no lado do ar.

As possibilidades são: aumento da relação entre áreas ou pela elevação do coeficiente de transferência de calor, ha.

A elevação do coeficiente de transferência de calor, ha , apresenta como inconveniente o aumento da potência do ventilador, uma vez que a velocidade do ar é o parâmetro a ser afetado (a potência varia com o cubo da velocidade). Deve ser lembrado que a potência do ventilador aparece como uma carga térmica, onde aproximadamente 10 a 20% do calor removido pelo evaporador é devido ao ventilador e seu motor.

ie AA /

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O aumento da relação entre as áreas, , se dá pela instalação de aletas na superfície exterior dos tubos.

Como a temperatura na aleta varia desde a proximidade do tubo até regiões mais afastadas, introduz-se o conceito de eficiência da superfície aletada, onde a equação que define o coeficiente global de transferência de calor é modificada da seguinte maneira:

onde

sendo Aa a área total das aletas e ηa a eficiência associada ao tipo particular de aleta da serpentina. Os valores de ηe para serpentinas comerciais variam entre 0,3 e 0,7, dependendo de parâmetros como: material da aleta, espessura e comprimento, relação entre a área superficial da aleta e a área total de troca de calor.

ie AA /

rmédia

i

eea

i

i hkA

xA

Ah

A

U

11 ++=η

( )ae

ae A

A ηη −−= 11

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Tipos de aletas

a) Aletas individuais e b) aletas planas (ou contínuas) de feixe de tubos

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Tipos de aletas planas

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Exemplos de aletas para trocadores de calor planos

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Número de aletas:

O número de aletas varia de acordo com a aplicação. Pode-se encontrar valores

desde 3 a 4 aletas/in (118 a 157 aletas por metro linear de tubo) para aplicações

de baixa temperatura, com formação de geada até 8 a 14 aletas/in (315 a 550

aletas por metro), para aplicações de médias a altas temperaturas. Para aplicações

de ar condicionado, o número de aletas é mais elevado.

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Mudança de fase do refrigerante no interior de tubos

O mecanismo de ebulição do refrigerante dentro de um tubo em um evaporador é extremamente complexo. Desta forma, a estimativa do coeficiente de transferência de calor, para um dado refrigerante dentro de um tubo com um certo diâmetro e fluxo de massa também reveste-se de grande dificuldade.

Ex.: evaporador de expansão seca

A medida que calor é adicionado ao refrigerante, maior é a taxa de vaporização, aumentando a velocidade do escoamento. A variação do coeficiente de transferência de calor, como apresentado ao lado, é influenciado pelas condições do escoamento.

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Secagem Pistonado

escoamento

Simples fase -líquido

BolhasAnular

Simples fase -vapor

Na entrada do evaporador, bolhas e pistões de vapor escoam junto à fase líquida. Ao longo do tubo do evaporador, o fluxo torna-se anular, com o vapor escoando no centro em alta velocidade enquanto o líquido é jogado contra a superfície interna do tubo. No final do evaporador encontra-se a região de secagem, que caracteriza-se pela condição de não equilíbrio podendo ainda coexistir líquido e vapor superaquecido, até a secagem total.

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Intensificação da troca térmica nos evaporadores – resfriadores de líquidos

Com o objetivo de obter-se trocadores de calor mais eficientes, menores, com menor quantidade de material, a indústria desenvolve superfícies intensificadoras de troca térmica, tanto internas quanto externas.

�Wolverine Tubes, Inc.USA

–Turbo-B2

–Turbo-B3

�Wieland Werke, Germany

–GEWA-B

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Intensificação da troca térmica nos evaporadores – DX

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Helical grooved tube Cross-hatched tube

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Return Bend End

Air

Parallel Flow

OutIn

Length

Tem

pera

ture

Air

Air

� Arranjo em fluxo paralelo

Circuitos no evaporador

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Número de serpentina e sua localização

O número de serpentinas, cuja capacidade total deve ser igual ou superior à carga de refrigeração, resulta em um compromisso entre, por exemplo, custo inicial e a necessidade de evitar a formação de “bolsões” de ar quente.

� selecionar as serpertinas dispondo-as de modo que o alcance do jato do ar varie entre 30 e 60 m;

� dirigir o ar no sentido descendente em corredores;

� dirigir o ar no sentido descendente através de serpentinas dispostas no forro, em câmaras de elevado pé direito;

� circular o ar ao longo das portas, nunca através delas.

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Evitar:

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Conforme a posição dos ventiladores nas serpentinas:

� Tipo sucção: o ar passa primeiro na serpentina e depois pelo ventilador.

� Tipo pressão: o ar passa primeiro no ventilador e depois na serpentina.

Tipo sucção Tipo pressão

No tipo sucção consegue-se uma melhor distribuição de ar na serpentina e no tipo pressão, evita-se dispersar na câmara o calor dissipado pelo motor do ventilador.

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Processo psicrométrico do ar nas serpentinas

Lei da linha reta: um processo comum em refrigeração é o de transferência de calor e massa envolvendo misturas de ar-vapor d’água. Esse processo é apresentado na figura abaixo.

Nesse processo, o ar entra a uma temperatura ti e umidade absoluta Wi, trocando calor e massa com uma superfície molhada, a uma temperatura ts. Junto à superfície, o ar encontra-se em equilíbrio com a água, de modo que seu estado é saturado. Esse processo pode ser representado em uma carta psicrométrica, tal como na figura abaixo.

Nesse caso, tanto a temperatura do ar como sua umidade absoluta diminuem.

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Considerando que a serpentina do evaporador possa ser formada por vários tubos na profundidade, os estados sucessivos do ar podem ser representados pelas figuras abaixo.

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Efeito das condições operacionais

Depende da capacidade de refrigeração.

Em geral, utiliza-se de 4 a 8 tubos em profundidade.

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Efeito das condições operacionais

( )saídaentrada hhmq −= &

Valores típicos entre 150 a 300 aletas/m

Velocidades de face entre 2 a 4 m/s. Aumentando a velocidade (vazão), tanto a umidade quanto a temperatura na saída aumentam. Deve-se observar, no entanto, que com a aumento da vazão a remoção de calor aumenta, de acordo com a expressão:

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Em relação à temperatura do refrigerante, seu aumento implica no incremento da temperatura da superfície exposta ao ar ao longo da serpentina. No entanto, essa elevação não implica numa redução significativa nas taxas de remoção de calor e da umidade.

Como valores típicos pode-se considerar 3 a 8°C inferior à temperatura do ar na entrada.

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Diferença de temperatura entre fluido na entrada da serpentina e o refrigerante

Considerando que a temperatura do refrigerante permanece (quase) constante durante o processo de T.C. no evaporador, conforme apresentado na figura abaixo, a taxa de transferência de calor no evaporador pode ser calculada como:

mlTUAQ ∆=&

−=

21

21ml

TTln

TTT

∆∆

∆∆∆

refq1 TTTTT −=−=∆

rsfq2 TTTTT −=−=∆

tr

te=tfluido, entrada

1T∆

2T∆ ts=tfluido, saída

48


tr

te=tfluido, entrada

1T∆

2T∆ts=tfluido, saída

( ) ( )( )

( )

−−

−−−=

rsre

rsre

TTTTln

TTTTUAQ&

( )( )

( )

−−

−=

rsre

se

TTTTln

TTUAQ&

−=

21

21ml

TTln

TTT

∆∆

∆∆∆

25

49


tr

te=tfluido, entrada

1T∆

2T∆ts=tfluido, saída

( )( )

( )

−−

−=

rsre

se

TTTTln

TTUAQ& ( )sep TTcmQ −= &&

No lado do ar ou do líquido

( ) ( )( )

( )

−−

−=−=

rsre

sesep

TTTTln

TTUATTcmQ &&

50


( ) ( )( )

( )

−−

−=−=

rsre

sesep

TTTTln

TTUATTcmQ &&

( ) ( )( )

−−

==−

rsrepse

TTTTln

1

cm

UA

TTUA

Q&

&

( )( )

prsre

cm

UATT

TTln&

=

−− ( )

( )

=

−−

prsre

cm

UAexpTT

TTlnexp&

( )( )

=

−−

prs

recm

UAexp

TT

TT&

( ) ( )rscm

UA

re TTeTT p −=

−

−&

26

51


( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]reseeresrscm

UA

re TTTTTTTTTTeTT p −−−−=+−−=−=

−

−&

( )p

se cm

QTT

&

&=−

( ) ( )

−−−=

−

−re

p

cmUA

re TTcm

QeTT p

&

&&

( ) ( )

−−−=

−pcm

UA

rerep

eTTTTcm

Q &

&

&

( ) ( )

−−−=

−pcm

UA

rerep eTTTTcmQ&

&& ( )recm

UA

p TTe1cmQ p −

−=

−&

&&

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Diferença de temperatura entre o fluido na entrada da serpentina e o refrigerante

( )recm

UA

p TTe1cmQ p −

−=

−&

&&

Para um dado evaporador, operando com taxas de massa constante do lado do refrigerante e do lado do fluido de troca térmica, o termo marcado acima pode ser considerado aproximadamente constante.

Dessa forma, a capacidade do evaporador (ou sua taxa de transferência de calor) é proporcional à diferença de temperaturas entre o ar na entrada e a do refrigerante. Essa constante é chamado simplesmente de “Rating” ou “Fator”, que é a única informação mostrada nos catálogos dos fabricantes de evaporadores.

( )( )re TTRatingQ −=&

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Seleção das serpentinas em catálogos de fabricantes

Conforme mencionado anteriormente, a capacidade das serpentinas é fornecida através de um parâmetro, R (rating), em kW/K (ou outras unidades), que define a capacidade por grau de diferença de temperatura (TD), de tal modo que:

( )terefrigeranentrada,ar ttRTDRQ −== &

Diferenças típicas de temperatura (TD) são apresentadas na tabela abaixo.

TD, °C UR, % Aplicações

1 3,9 a 5,0 90 Remoção mínima de umidade durante estocagem. Vegetais, flores.

2 5,5 a 6,7 80 a 85 Estocagem em geral. Produtos embalados, frutas e similares.

3 6,7 a 8,9 65 a 80 Bebidas em geral, farmacêuticos, frutas como melões, etc.

4 9,4 a 12,2 50 a 65 Salas de corte, antecâmaras, etc.

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Exemplos de informações de fabricantes:

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As taxas de transferência de calor apresentadas são chamadas de “capacidade seca”pois referem-se exclusivamente ao calor sensível, conforme visto na figura abaixo:

Quando as condições operacionais são tais que haja condensação de umidade na serpentina, esse calor latente torna-se uma capacidade adicional à serpentina. Para temperaturas entre 0 e 5 °C, a serpentina pode desenvolver uma capacidade adicional de 20 a 40%. Isso pode ser considerado um “bônus”.

No entanto, o refrigerante dentro do evaporador e o compressor terão que fornecer essa capacidade adicional.

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Combinação de compressores e evaporadores

A figura ao lado mostra a diminuição na capacidade de um compressor com a diminuição da temperatura de sucção.

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Por outro lado, a capacidade de refrigeração de um evaporador aumenta com a diminuição da temperatura de sucção, conforme demonstrado na figura ao lado.

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Quando compressor e evaporador estiverem operando simultaneamente, a capacidade, a temperatura e a pressão de sucção são obtidas pela interseção das duas curvas (compressor e evaporador), definindo o ponto �.

As capacidades do compressor e do evaporador devem ser idênticas porque com uma pressão de sucção constante, a massa de refrigerante bombeada pelo compressor é sempre igual à massa vaporizada no evaporador.

Lembrar que a capacidade de refrigeração, para uma pressão constante, depende apenas da taxa de massa de refrigerante circulado.

�

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Na figura ao lado são mostradas curvas do compressor e do evaporador. Se no lugar da serpentina A fosse conectada ao compressor a serpentina B, a capacidade do sistema (ponto �) diminuiria de 67 kW (ponto �) para 57 kW e a temperatura de sucção no evaporador passaria de 4,5˚C para 0,5˚C.

Imagine agora que a velocidade do compressor seja reduzida de 29 rps para 14,5 rps. Para qualquer pressão, a capacidade do compressor varia diretamente com a rotação. Ao ligar o compressor operando a 14,5 rps à serpentina B, a capacidade e a temperatura de sucção serão aquelas do ponto �, isto é 36 kW e 6,3˚C.

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As curvas A e B desta figura podem representar o mesmo evaporador pois esta capacidade é função tanto da temperatura de sucção como da velocidade do ar na entrada. Assim a curva B representaria a capacidade quando a temperatura ou a velocidade forem inferiores às condições representadas pela curva A.

Ou seja, se o compressor operar numa velocidade constante, os pontos de operação do sistema serão sempre lidos como os pontos � e � da figura.

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O controle de capacidade através da desativação de cilindros pode ser visto na figura ao lado.

A curva B representa a capacidade de um compressor de 6 cilindros, 70 mm x 50 mm, operando a 29 rps, que para o ponto � será de 68 kW e 4,2˚C. Supondo que haja uma diminuição da necessidade de refrigeração, retira-se um cilindro de operação, resultando então a curva C. Neste caso a capacidade do evaporador foi reduzida para 61 kW e 6,1˚C (ponto �).

��

�

�

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Caso existam dois evaporadores com capacidades diferentes (serpentina A e serpentina B) ligadas a um compressor, quando operando simultaneamente o resultado é aquele fornecido pela curva C (ponto �) e cada serpentina fornecendo uma capacidade conforme pontos � e �. Se a serpentina A for desligada, a capacidade e temperatura do sistema cairão imediatamente para o ponto � da curva B.

Quando se desliga a serpentina B, poderá ocorrer congelamento da serpentina A porque a temperatura do evaporador cairá abaixo dos 0˚C.


�

�

�

�

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Capacidade do evaporador

� A capacidade do evaporador de expansão direta depende da vazão de ar que passa através da serpentina e das temperaturas do ar (TBS e TBU), além da temperatura do refrigerante. Se a vazão de ar é aumentada ou se a diferença de temperatura entre o ar e o refrigerante é aumentada (DT), a serpentina terá uma maior capacidade, evaporando uma maior quantidade de refrigerante.

� Se o compressor opera a uma rotação constante, qualquer aumento na taxa de evaporação, devido ao vapor adicional criado, aumenta a pressão de sucção.

� Se a pressão de sucção aumenta, a pressão e a temperatura do refrigerante dentro da serpentina também aumentam. Isto reduz a diferença de temperatura entre o refrigerante e o ar, reduzindo a taxa de troca de calor do ar para a serpentina.

� A situação contrária também pode ocorrer, isto é, uma pressão de sucção decrescente reduz a temperatura do refrigerante, aumentando a taxa de transferência de calor.

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Capacidade do evaporador

� O compressor, por sua vez, reage de maneira totalmente diferente. Um aumento de pressão na sucção aumenta sua capacidade. Supondo uma operação do compressor a pressão de descarga constante, a diminuição do volume específico com o incremento da pressão de sucção permite ao compressor “bombear” uma quantidade maior de refrigerante em cada curso do pistão. Um decréscimo da pressão de sucção produz o efeito contrário.

� Isto é, em condições idênticas de operação, cada unidade (evaporador e compressor) é afetada de forma diferente.

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Ponto de equilíbrio

Num dado conjunto de condições, as capacidades do compressor e do evaporador equilibram-se no mesmo ponto, onde ambos apresentam a mesma capacidade.

Na figura ao lado são mostradas as curvas referentes a uma unidade condensadora (compressor + condensador) com temperaturas de 40,5˚C e 46˚C (B e A). Pode notar-se o aumento da capacidade com o aumento da temperatura de sucção.

Na mesma figura aparecem as curvas X e Y, representando as capacidades do dois evaporadores idênticos (6 filas, 762 x 1219 mm) mas com vazões de 1,89 e 2,36 m3/s. Notar nestas curvas o aumento da capacidade do evaporador à medida que diminui a temperatura do refrigerante.

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Efeito da mudança da temperatura de condensação:

A curva X da serpentina a 1,89 m3/s intercepta a curva da A da unidade condensadora a 46˚C no ponto �, com temperatura de sucção de 6,2˚C e capacidade de 59,4 kW.

Se a temperatura de condensação baixasse para 40,6˚C, o ponto de equilíbrio seria então o ponto �, diminuindo a temperatura de sucção para 5,4˚C e aumentaria a capacidade do sistema para 63 kW.

Ou seja, uma mudança na temperatura de condensação altera as condições ao longo de todo o sistema.

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Efeito do aumento da vazão de ar:

A curva Y da serpentina a 2,36 m3/s intercepta a curva da A da unidade condensadora no ponto �. As demais condições de entrada permanecem as mesmas. Em relação ao caso anterior, ponto �, com o aumento da vazão de ar, aumentou a capacidade do evaporador, obrigando o compressor a operar com uma maior temperatura de sucção para equilibrar a carga.

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Efeito da redução da superfície do evaporador:

A curva Z da serpentina com vazão de ar de 1,89 m3/s, mas com 4 fileiras em vez de 6, e mostrada na figura ao lado, nas mesmas condições de entrada de ar. Fica claro da observação que a capacidade do evaporador reduz significativamente com a redução da área. A curva da serpentina Z entra em equilíbrio com as curvas das unidades condensadoras nos pontos � e �, dependendo da temperatura de condensação.

Notar que devido a redução da capacidade do evaporador, menos refrigerante evapora e o compressor opera com temperaturas de sucção mais baixas.

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Formação de neve em serpentinas e métodos de degelo

� A formação de neve na serpentina (cristalização da água no estado sólido) ocorre quando o vapor d’água passa diretamente ao estado sólido. Isso ocorre quando a temperatura das superfícies, além de ser inferior à temperatura de orvalho do ar, assume valores menores que 0 °C. A formação do gelo sobre as superfícies ocorre do recongelamento na neve fundida.

Efeitos sobre o desempenho da serpentina:

� Aumento da resistência térmica;

� Aumento da resistência à circulação do ar (efeito mais crítico).

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Aumento da resistência térmica

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Aumento da resistência à circulação do ar (perda de carga)

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Efeito do acúmulo de neve sobre o coeficiente global de T.C. (serpentina de 5 fileiras de tubos em profundidade) para 3 velocidades mantidas constantes.

Variação da perda de carga na serpentina com acúmulo de neve para as mesmas condições na fig. ao lado.

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Métodos de degelo

� Ar:

Para câmaras com temperaturas superiores a 2 °C. Processo natural e lento. A circulação do refrigerante é cortada.

� Água:

A água permite um degelo relativamente rápido, mesmo para ambientes com temperaturas baixas (na ordem de -40 °C). Água é jorrada sobre a serpentina, através de borrifadores, drenando a água fria para fora do espaço refrigerado. A temperatura da água deve ficar acima de 18 °C para operação satisfatória e com vazões na ordem de 2 a 3 kg/(sm2) de área de face.

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Métodos de degelo

� Elétrico:

Realizado através de uma resistência elétrica instalada de forma a garantir um bom contato térmico com a serpentina. Menor custo inicial entre as várias possibilidade de degelo. Entretanto, seu custo operacional pode ser elevado em virtude do consumo de energia elétrica necessária.

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� Gás quente:

� Consiste em interromper o suprimento de líquido ao evaporador, substituindo-o pelo fluxo de vapor do refrigerante a alta pressão, proveniente do compressor. Para garantir o rápido degelo, a temperatura de saturação deve ser mantida em níveis suficientemente elevados, pela ação de uma válvula de controle de pressão instalada na saída do evaporador.

� Durante o degelo, a serpentina do evaporador comporta-se como um condensador.

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Em evaporadores inundados Fases do processo:

� Fase 1: a válvula de sucção � fecha e a válvula de gás quente � abre, empurrando o refrigerante ao tanque separador, através da válvula de líquido �;

� Fase 2: a válvula de líquido � fecha. Gás quente continua escoando na serpentina enquanto a válvula reguladora de degelo � mantém a pressão elevada na serpentina;

� Fase 3: a válvula de equalização � abre e a válvula solenóide de gás quente �

fecha;

� Fase 4: no final do período de equalização, a válvula de sucção � e a válvula de líquido � abrem.

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Em evaporadores de expansão direta Fases do processo:

� Fase 1: a válvula de alimentação de líquido fecha. No final da drenagem, a válvula de sucção � fecha;

�Fase 2: a válvula de gás quente � abre. Gás quente circula na serpentina enquanto a válvula reguladora de degelo � mantém a pressão elevada na serpentina;

� Fase 3: finalizado o degelo, a válvula de gás quente � fecha e o by-pass da válvula reguladora � abre (equalização);

� Fase 4: o by-passa fecha. As válvulas alimentadoras de líquido e de sucção �

abrem.

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Bibliografia utilizada:

� Stoecker, W.F.; Sainz Jabardo, J.M., Refrigeração industrial. São Paulo: Edgard Blucher, 2002. 371 p.

� Stoecker, W.F., Industrial refrigeration handbook. New York: McGraw-Hill, 1998.782 p.

� Heatchraft. Engineering manual: commercial refrigeration cooling and freezing. Load calculations and reference guide. H-Eng-2, 2006.

� Parker. Hot gas defrost for ammonia evaporators. Bulletin 90-11a. 2007.

� ASHRAE Handbook. Refrigeration. Atlanta: ASHRAE. 1998.

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