Condensação. Ciclo de refrigeração

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Cecília Borba Pereira
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1 Condensação Ciclo de refrigeração

2 Condensação Três fases: Fase 1 Dessuperaquecimento Redução da temperatura até a temp. de condensação Fase 2 Condensação Mudança de fase Fase 3 - Subresfriamento Redução da temperatura abaixo da temp. de condensação

3 Condensadores Principais Tipos Resfriados a ar Resfriados a água Condensadores duplo tubo ou tubos concêntricos; Condensadores casco e serpentina (Shell and Coil); Condensadores casco e tubo (Shell and Tube) Condensador de placas; Condensadores evaporativos.

casco e serpentina (Shell and Coil); Condensadores casco e tubo

4 Condensadores a ar Resfriados a ar sistema de ar condicionado e refrigeração comercial pequena ou média capacidade

5 Condensadores a ar podem ser utilizados onde não é econômica a utilização de sistemas resfriados a água, devido ao alto custo ou indisponibilidade da água. Faixa de 1 a 100 TR

6 Condensadores a ar Para um determinado compressor e para uma determinada temperatura do ar que entra no condensador Diminuindo o tamanho do condensador, aumenta-se a pressão de condensação e diminui-se a capacidade de refrigeração. Para um determinado compressor e condensador Aumentando a temperatura do ar que entra no condensador, também aumenta-se a pressão de condensação e diminui-se a capacidade de refrigeração.

7 Condensadores a ar Recomendações: Instalação elevada em relação ao nível do solo para prevenir acumulação de sujeira Garantir aberturas adequadas e livres de qualquer obstrução para entrada de ar frio e para a saída do ar quente Entradas de ar localizadas longe do lado de descarga do ar para evitar a aspiração de ar quente (curto-circuito de ar)

obstrução para entrada de ar frio e para a saída do ar quente Entradas de ar

8 Condensadores a ar Recomendações: Instalação elevada em relação ao nível do solo para prevenir acumulação de sujeira Garantir aberturas adequadas e livres de qualquer obstrução para entrada de ar frio e para a saída do ar quente Entradas de ar localizadas longe do lado de descarga do ar para evitar a aspiração de ar quente (curto-circuito de ar) Devido ao ruído, ter cuidado na locação para evitar proximidade com zonas ocupadas (residenciais ou de trabalho). Pode-se empregar sistemas de controle de rotação dos ventiladores para reduzir ruído durante o período noturno.

descarga do ar para evitar a aspiração de ar quente (curto-circuito de ar) Devido ao ruído, ter cuidado na locação para evitar proximidade com

9 Condensadores Resfriados a água Quando limpos e corretamente dimensionados, operam de forma mais eficiente que os condensadores resfriados a ar, especialmente em períodos de elevada temperatura ambiente.

eficiente que os condensadores resfriados a ar,

10 Condensadores Resfriados a água Normalmente utilizam água proveniente de uma torre de resfriamento. Valor usual de projeto, temperatura saindo da torre a 29,5 C A temperatura de condensação será fixada em um valor entre 5 e 8 C maior que a temperatura de saída da água da torre.

Valor usual de projeto, temperatura saindo da torre a 29,5 C A

11 Resfriados a água sistema de ar condicionado e refrigeração comercial Trocador casco e tubo com água nos tubos Trocador de placas Trocador tube-in-tube (tubos concêntricos)

12 Resfriados a água Trocador tubos concêntricos O tubo por onde circula a água é montado dentro do tubo de maior diâmetro. O gás refrigerante circula em contracorrente no espaço anular formado pelos dois tubos, sendo resfriado pela água e pelo ar externo.

O gás refrigerante circula em contracorrente no espaço anular

13 Resfriados a água Trocador tubos concêntricos Utilizados em unidade de pequena capacidade ou condensadores auxiliares operando em paralelo com condensadores a ar, somente nos períodos de carga térmica muito elevada Difíceis de limpar e não fornecem espaço suficiente para a separação de gás e líquido

condensadores a ar, somente nos períodos de carga térmica muito elevada

14 Resfriados a água Trocador casco e serpentina Constituído por um ou mais tubos, enrolados em serpentina, montados dentro de uma carçaca.

15 Resfriados a água Trocador casco e serpentina A água flui por dentro dos tubos, enquanto o refrigerante é condensado e escoa pela carcaça. Fácil fabricação, mas limpeza complicada, sendo efetuada por meio de produtos químicos. Utilizados em pequenas e médias capacidades (até 15 TR)

Fácil fabricação, mas limpeza complicada, sendo efetuada por meio de

16 Resfriados a água Trocador casco e tubo Constituídos de uma carcaça cilíndrica na qual é instalada uma quantidade de tubos horizontais paralelos, conectados a duas placas dispostas em ambas as extremidades Água pelos tubos e gás refrigerante pela carcaça em volta dos tubos

paralelos, conectados a duas placas dispostas em ambas as

17 Resfriados a água Trocador casco e tubo Refrigerantes hidrocarbonetos halogenados tubos são de cobre e espelhos em aço. Amônia tubos e espelhos em aço.

18 Resfriados a água Trocador casco e tubo Fácil limpeza por varetamento, e manutenção. Fabricados para vasta gama de capacidades Velocidade ótima da água deve ser na ordem de 1,0 a 2,0 m/s, e nunca deve ultrapassar os de 2,5 m/s. O fluxo de água deve ser de cerca de 0,1 a 0,15 l/s por TR

Fabricados para vasta gama de capacidades Velocidade ótima da água deve

19 Resfriados a água Trocador casco e tubo Seleção deve considerar: Aumentando-se o tamanho de um condensador, aumenta-se a eficiência do compressor, mas ao mesmo tempo o seu custo inicial Aumentando o fluxo de água de resfriamento aumentase a capacidade do condensador, mas aumenta-se o custo de bombeamento de água e seu consumo Reduzindo-se o diâmetro da carcaça e aumentando-se o comprimento dos tubos, reduz-se o custo inicial, mas aumenta-se a perda de carga no circuito de água O fator incrustação, está associado a uma resistência térmica adicional e depende da qualidade dá água.

bombeamento de água e seu consumo Reduzindo-se o diâmetro da carcaça e aumentando-se o comprimento dos tubos, reduz-se o custo inicial, mas

20 Resfriados a água Trocador casco e tubo Incrustação Novos com água de boa qualidade = fator de incrustação na ordem de 0, m2. C/W Para sistemas com baixa qualidade da água deve ser considerado um fator mais elevado. Condensadores selecionados para um fator mais elevado serão mais caros.

C/W Para sistemas com baixa qualidade da água deve ser considerado um

21 Resfriados a água Trocador casco e tubo Limpeza

22 Resfriados a água Trocador de placas Placas de aço inox ou outro material de pequena espessura (0,4 a 0,8 mm) Montagem de placas paralelas com pequeno afastamento (1,5 a 3,0 mm) A água de resfriamento e o gás refrigerante circulam entre espaços alternados, formado pelas placas.

23 Resfriados a água Trocador de placas Cada vez mais empregados, devido ao seu elevado coeficiente de transferência de calor (2500 a 4500 W/m2. C)

24 Resfriados a água Trocador de placas Dois tipos: Placas soldadas uso para refrigerantes halogenados Placas duplas soldadas a laser, montadas em estrutura metálica uso para amônia (vantagem de aumento da capacidade pela inclusão de placas).

25 Resfriados a água Condensador evaporativo Formados por uma espécie de torre de resfriamento, no interior da qual é instalada uma série de tubos por onde escoa do gás refrigerante.

26 Resfriados a água Condensador evaporativo No topo são instalados bicos injetores que pulverizam água sobre a tubulação Água escoa em contracorrente com o ar, em direção a bacia do condensador Uma parcela de água evapora e retira calor (água e do gás) Bomba de recirculação Válvula bóia para reposição

27 Resfriados a água Condensador evaporativo Consumo de água = 8,8 a 12,1 l/h por TR. (evaporação, arraste e drenagem) Contato da água sobre os tubos onde o gás está superaquecido pode formar incrustações => assim alguns condensadores tem uma primeira serpentina acima da região onde a água é borrifada.

28 Resfriados a água Condensador evaporativo Em alguns condensadores temos uma serpentina para promover o subresfriamento O principal benefício do subresfriamento é a redução da possibilidade de formação de vapor na linha de líquido, devido à queda de pressão nesta linha.

29 Comparação entre os tipos de condensadores Quanto menor for a temperatura de condensação mais eficiente será o ciclo de refrigeração Análise das temperaturas de condensação típicas dos condensadores: Resfriados a ar Resfriados a água Evaporativos

30 Comparação entre os tipos de condensadores Ordem crescente de temperatura de condensação: Resfriados a água em sistema aberto Água proveniente de rio, por exemplo Menores temperaturas de condensação. Desvantagens: sujeitos à intensa formação de incrustações e disponibilidade de água Resfriados a água em sistema aberto Condensadores evaporativos Resfriados a água em sistema fechado Resfriados a ar

31 Comparação entre os tipos de condensadores Quanto

32 Comparação entre os tipos de condensadores Comparando os condensadores evaporativos com os resfriados a água em sistema fechado (com torre de resfriamento): Menor temperatura de condensação em decorrência da existência de somente um diferencial de temperatura. Vantagem adicional dos evaporativos é que a bomba de água é de menor capacidade do que a da torre do sistema resfriado a água em sistema fechado => menor consumo de energia Desvantagem: evaporativos deve estar localizados próximos dos condensadores.

33 Comparação entre os tipos de condensadores Resfriados a água em sistema fechado (com torre de resfriamento) SELF CONTAINED A ÁGUA:

34 Comparação entre os tipos de condensadores Resfriados a água em sistema fechado (com torre de resfriamento) ÁGUA GELADA:

35 Comparação entre os tipos de condensadores Condensador evaporativo

36 Comparação entre os tipos de condensadores Condensador evaporativo

37 Condensadores Torres de Arrefecimento Dois tipos Contra-corrente

38 Condensadores Torres de Arrefecimento Dois tipos Corrente cruzada

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