Condensador. T sai. T entra. Refrigerante. Temperatura. Desuperaquecimento. Condensação Sub-resfriamento. Meio de condensação

Transcrição

1 Profª Karla Silva

2 Temperatura Condensador Esfria e condensa o vapor superaquecido vindo da compressão nas instalações frigoríficas. Para isso usa: ar ou água ou ar e água em contato. Fases da transmissão de calor num condensador: Refrigerante Desuperaquecimento Condensação Sub-resfriamento T sai Meio de condensação T entra

3 Pressão absoluta Expansão Condensador Balanço de Energia q COND q EV q COMP Condensação CONDENSADOR Vapoização EVAPORADOR Entalpia específica

4 Condensadores Principais Tipos: Condensadores Resfriados a Ar Condensadores Resfriados a Água Calor cedido pelo refrigerante aumenta a T do meio de condensação. Condensadores Evaporativos (Ar e Água em contato): Água é pulverizada sobre o condensador e evapora fazendo com que o refrigerante condense. O ar retira o vapor de água que resulta da evaporação e, com isso, aumenta a taxa de evaporação da água.

5 I. Conceitos Fundamentais I.1- Carga do Condensador (Q c ) Q c =(Capacid. Compressor) * (Fator Rejeição de Calor) NOTAS: 1) Os fabricantes geralmente fornecem os dados de rejeição de calor total. 2) Compressores Herméticos têm calor de compressão maior que abertos, devido ao calor adicional do motor absorvido pelo refrigerante.

6 Exemplo de Cálculo de Carga do Condensador: Determine a carga do condensador para um compressor do tipo aberto com capacidade de resfriamento de Btu/h quando operado a uma T sucção de 0 F e uma T descarga de 110 F. Carga do Condensador = (Capacid. Compressor) * (Fator Rejeição de Calor) Carga do Condensador = * 1,32 Q c = 21500Btu/h E se fosse considerado um compressor hermético Tabeloa 14.1A (Dossat pág.452) Q c = * 1,44 Tabeloa 14.1B (Dossat pág.452) Q c = Btu/h

7 I. Conceitos Fundamentais I.2- Capacidade do Condensador (Q c ) Onde: Q c = A * U * LMDT A = Área da Superfície do Condensador U = Coeficiente Global de Transmissão de Calor LMDT = Diferença Média logarítmica entre T refrigerante e Tmeio de condensação Vejamos: Mesmo material (U fixo) Qc = fç (A, LMDT) Condensador pronto (U e A fixos) Qc = fç (LMDT) Além disso, se T meio de condensação = cte: Qc T Condensação

8 I. Conceitos Fundamentais I.2- Elevação da Quantidade e Temperatura do Meio de Condensação Q = m * c * T Este calor do meio é a carga do condensador, logo, a elevação da T meio é: T = Q c / m * c onde: Q c = calor rejeitado no condensador [energia / tempo] m = taxa do fluxo de massa de ar ou água [massa / tempo] c = calor específico do ar ou da água (ar = 0,24Btu /lb F e para água = 1Btu /lb F ) Conversão de Unidades: Para água: 1 gal=0,13368pés 3 =8,33lb ; Para ar 1 lb = 13,34pés 3

9 Exemplo de Cálculo de Quantidade de Água: Se a carga sobre um condensador resfriado a água é Btu/h e a elevação de temperatura da água no condensador é 10 F, qual a quantidade de água circulada em galões por minuto (gpm) T = Q c / m * c 10 = / m * 1 m = (15000 lb/h / 60 min) / 8,33 lb/gal m = 30 gal/min Exemplo de Elevação de Temperatura da Água (Meio Cond.): A carga sobre um condensador resfriado a água é 9000 Btu/h. Se a quantidade de água que circula através do condesnador é 15 gpm, determine a elevação de temperatura da água no condensador. T = Q c / m * c T = / (15 gpm * 8,33 lb/gal *60 min) * 1 Btu/lb F T = 12 F

10 Exemplo de Cálculo de Quantidade de Ar: A carga sobre um condensador resfriado a ar é Btu/h. Se a elevação de temperatura desejada do ar no condensador é 25 F, qual a quantidade de ar em pé 3 /min que deve ser circulado sobre o condensador Q c = T *m * c = 25*m*0,24 m = lb/h como para o ar 1 lb = 13,34 pes 3 m = 4502,25 pés 3 /min Exemplo de Elevação de Temperatura do Ar (Meio Cond.): 3000 pés/min de ar são circulados sobre um condensador resfriado a ar. Se a carga do condensador é Btu/h, calcule a elevação da temperatura do ar que passa sobre o condensador. T = Q c / m * c T = / (224,8875lb/min* 0,24 Btu/lb F *60 min) T = 20,01 F

11 Vimos que: Q c T Condensação Para qualquer condensador e carga de condensador dados, a T Condensação do refrigerante dependerá só da T média Meio Condensação : T Condensação T média Meio de Condensação A T média Meio Condensação depende da T Entrada do meio de condensação e de sua Elevação da Temperatura ( T) sofrida no condensador: Diferença média efetiva da temperatura (13,84 F) Tágua entra T média água = 86,16 F T Condensação = 100 F Tágua sai Elevação da T da água no Condensador Tx de Fluxo Elevação da T média Meio de Condensação

12 Condições de Projeto: T condensação baixa Taxa de Fluxo alta (turbulento) Queda de Pressão limitada Potência requerida no equipamento limitada Parâmetros de Projeto: T Condensação Tentrada do meio Seleção de Condensador: Capacidade Frigorífica do Sistema (T entrada do meio, Q 0 )

13 II. Principais Tipos de Condensadores II.1- Condensadores Resfriados a Ar Variam de 1 ton até 100 ton (pequenas e médias instalações); Q 0 < 10 HP (devido ao custo do equipamento); Podem ser usados para servir diferentes circuitos de refrigeração; Trocadores de calor com tubos em Cu ou Al com aletas Usados para Refrigerantes Halogenados (R-22, R-502,...) Podem ser: Convecção Natural ou Convecção Forçada

14 II. Principais Tipos de Condensadores II.1.A) Tipos de Condensadores Resfriados a Ar Convecção Natural Superfície grande aplicações pequenas; Superfícies de placas ou tubos com aletas espaçadas : - facilita entrada de ar - limita incrustação de sujeira.

15 II. Principais Tipos de Condensadores Convecção Forçada (Ventilador ou Ventoinha) 1. Montado Sobre Chassis = Unidade de Condensação Compressor Motor Condensador 2. Remotos = a distância do compressor Internos Necessária grande qtdade de ar só os menores são internos Externos Os ventos predominantes no verão devem ajudar e não retardar a ação do ventilador.

16 II. Principais Tipos de Condensadores Convecção Forçada (Ventilador ou Ventoinha) 1. Montado Sobre Chassis = Unidade de Condensação Compressor Motor Condensador

17 Unidades Condensadoras Resfriadas a Ar Instalação : 1,5m.

18 Unidades Condensadoras Resfriadas a Ar Instalação :

19 UNIDADES CONDENSADORAS RESFRIADAS A AR

20 UNIDADES CONDENSADORAS RESFRIADAS A AR

21 II. 1.Condensadores Resfriados a Ar II.1_B) Velocidade e Quantidade de Ar Velocidade alta suficiente para fluxo turbulento (alto coeficiente transmissão de calor); Queda de pressão mínima (para evitar aumento de potência do ventilador). Velocidade do ar = (Quantidade de ar) * Área da face Geralmente entre 500 < V ar < 1000 pés/min Determinada experimentalmente (Э muitas variáveis) O fabricante fixa a ventoinha ou ventilador no condensador

22 II. 1.Condensadores Resfriados a Ar II.1_C) Seleção e Capacidade Conforme vimos Q = A * U * LMDT Com A e U fixados na fabricação, Q = fç (LMDT) Ventoinha ou ventilador fixos no condensador, logo: T ar e T refrigerante T média ar = fç (T bulbo seco ar entra, Carga do Condensador) Notas: Maior T bulbo seco Maior o tamanho do condensador. Tabelas de fabricantes com base em diferença de temperatura e altitude que devem ser corrigidas em função das condições operadas.

23 Unidades Condensadoras Resfriadas a Ar Forçado Unidades de Condensação Com Compressores Herméticos

24 Unidades Condensadoras Resfriadas a Ar Forçado Unidades de Condensação Com Compressores Abertos Parâmetros de Seleção: Tar ; Tev T = Tcond Tmeio Carga Térmica (Qo)

25 Parâmetros de Seleção: Tar ; Tev T = Tcond Tmeio Carga Térmica (Qo)

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27 Unidades Condensadoras Resfriadas a Ar

28 Unidades Condensadoras Resfriadas a Ar

29 Unidades Condensadoras Resfriadas a Ar Unid. Condensação Com Compressores Semi Herméticos

30 Unidades Condensadoras Resfriadas a Ar Unid. Condensação Com Compressores Semi Herméticos

31 UNIDADES CONDENSADORAS RESFRIADAS A AR COM COMPRESSORES SEMI-HERMÉTICOS :

32 Condensador Remoto de Ar

33 II. Principais Tipos de Condensadores Convecção Forçada (Ventilador ou Ventoinha) 2. Remotos = instalados a distância do compressor Internos Necessária grande qtdade de ar só os menores são internos Externos Os ventos predominantes no verão devem ajudar e não retardar a ação do ventilador. Localização : Bem ventilado Com renovação de ar Sem incidência solar Seleção : Temperatura média do ar no mês mais quente Carga Térmica da Aplicação

34 Condensador Remoto a Ar : Seleção

35 II. Principais Tipos de Condensadores II.2- Condensadores Resfriados a Água Sistemas de Água Servida Vem do encanamento urbano e vai para o esgoto. Sistemas de Água Recirculada Sai é resfriado e retorna fechando o ciclo. Deve ser considerada a energia para circulação da água no sistema. Custos: - água; - bombeamento; - recirculação.

36 II.2- Condensadores Resfriados a Água II.2_A) Taxas de Sujeira Sujeira na superfície do tubo no lado da água causada principalmente por minerais que se precipitam fora da água e aderem o tubo. Reduz o coeficiente de transmissão de calor; Restringe o tubo reduzindo a qtdade de água circulada; Aumenta a pressão de condensação Influenciada pela: Qtdade de água em relação a qtdade de impurezas Temperatura de condensação Frequência de limpeza do tubo em relação a operação Fabricantes prevêm incrustação. Adota-se mínimo 0,0005 de incrustação para seleção.

37 II.2- Condensadores Resfriados a Água Água Limpa x Água com Incrustação U == Fabricante == T.C. Sem Incrustações Água Limpa Q = U 1. A. T Água Não Tratada Q = U 2. A. T Onde : Q = Cte ; U 2, A = CTE ; T Portanto : T COND Q SIST. ENERGIA U [ kcal/m 2.h. C] Exemplo: v = 1,5 m / s : U 1 = kcal / m 2.h. C U 2 = 600 kcal / m 2.h. C 1000 R 1 = 0,00012 m 2.h. C/kcal [ água limpa] 600 R 2 = 0,00041 m 2.h. C/kcal [ água não tratada] 300 0,5 1,0 1,5 2,0 [m/s]

38 II.2- Condensadores Resfriados a Água LIMPEZA : Incrustação interna: -Uso de escovas especiais; - Espaço para Limpeza ÁGUA : Grande Disponibilidade Velocidade da Água > 1 m / s evitar incrustações Aquecimento da Água: T = 5 A 10 C Exemplo: Se T = 5 C e Q COND = kcal/h V=20 m 3 / h VAZÃO MÁSSICA DE ÁGUA : Custo Disponibilidade Tratamento

39 Condensador a Água Seleção :

40 Outros Condensadores a Água Brazados: (Problemas na condensação)

41 II.2- Condensadores Resfriados a Água Efeito da Área Disponível para Condensação INCORRETO Perda de Área Disponível para Troca Térmica CORRETO

42 II.2- Condensadores Resfriados a Água Efeito da Variação da Temperatura Condensação ln P ln Pcond A D ln Pcond A D ln Pev B B C ho ho hcond hcond h [kcal/kg}

43 II.2- Condensadores Resfriados a Água Influência da Variação da Temp. Condensação Causas: Incrustação no Condensador ( ou U ) Circulação do Fluido de Resfriamento DE RESFRIAMENTO Área do Condensador ( ou A Cond ) Temperatura do Fluido de Resfriamento Conseqüências: Q Cond = U. A. ( (T Cond T Amb )) SE T Cond h 0 ; T Camara ; m Ref Q ev = cte Q Comp ou Com T EV = Cte : T COND C.O.P. e T COND C.O.P. C.O.P. ( T EV ) >> C.O.P. ( T COND )

44 II. Principais Tipos de Condensadores II.3- Condensadores Evaporativos CONDENSADOR EVAPORATIVO CONDENSADOR A ÁGUA = + TORRE DE RESFRIAMENTO Localização : Lado Externo Locais não sujeitos a poeira ou detritos Dimensionamento : complexo A evaporação da água na corrente de ar é o mecanismo mais importante na remoção de calor do refrigerante que se condensa!

45 II.3- Condensadores Evaporativos A evaporação da água na corrente de ar é o mecanismo mais importante na remoção de calor do refrigerante que se condensa!

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48 Condensador Evaporativo

49 Condensador Evaporativo

50 II.3- Condensadores Evaporativos Princípio de Funcionamento T Água Q 2 Q 1 = U S. A. ( T Cond - T Água ) T Condensação Q 2 = m agua_evap. ( h Sat - h Ar ) Q 1 Ar Se Q 2 então acumulação de calor ( T água )

51 Condensador Evaporativo X Condensador a Ar Vantagens da Condensação Evaporativa: Redução de 24 % do Consumo de Energia no Sistema; Ocupação de espaço 3,5 vezes menor, Operação silenciosa; Mais adequado para operação em climas quentes (devido a Temperaturas de descargas); Menor investimento em instalações maiores de 25 TR. Desvantagens da Condensação Evaporativa: Custo do tratamento de água.

52 Considerações para Projeto Estimativa Da Temperatura de Condensação: Condições do Clima da Região Tipo e Operação do Condensador Consumo de Energia Estimativa Da Temperatura do Fluido de Resfriamento: Se Ar T BS T = [ 10, 15 C ] Se Água T Água ou T BU ( Condensador Evaporativo) T = [ 5, 10 C ] Na prática: T Água > T BU + 4 C Aplicações: Domésticas Condensador a Ar (natural) Comerciais Condensador a Ar Até 10 HP Industriais Condensador a Água ( evaporativo ) ( A troca de Calor CUSTO )

53 Variação Da Temperatura De Condensação Q Cond = U Cond. A Cond. LMTD U cond diminui: Se Ar Baixo Valor Se Água: - Incrustações, Matéria Orgânica - Limpeza; Tratamento de Água Se Depósito de Óleo (Incrustações Internas ) Parada da Ventilação A cond diminui: Presença de Incondensáveis (Necessidade de Purgas ) Presença de Líquido T Fluido de Resfriamento aumenta: Clima Operação Tipo de Condensador

54 Comparando os 3 condensadores estudados: Condensador Resfriado a Ar: O menor custo inicial aliado a um custo reduzido de manutenção (uma vez que não existe circulação ou evaporação de água.) Condensador Resfriado a Água: Menor T condensação que os a ar (a redução de calor se faz com referência a T Bulbo úmido do ar) Vantajoso quando o compressor e condensador estão longe (já que será a água e não o refrigerante a ser bombeado até a torre) Condensador Evaporativo: Compacto e permite operar com a menor T condensação dos 3 citados consumindo, assim, menos energia e operando com T descarga reduzidas. Inconvenientes quanto a manutenção são ponderados já que são usados em instalações de médio e grande porte.