Condensação

Ciclo de refrigeração

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

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.

Condensadores a ar

Resfriados a ar – sistema de ar condicionado e

refrigeração comercial – pequena ou média

capacidade

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

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.

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)

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.

Condensadores a água

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.

Condensadores a água

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.

Condensadores a água

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)

Condensadores a água

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.

Condensadores a água

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 água

Resfriados a água – Trocador casco e serpentina

Constituído por um ou mais tubos, enrolados em

serpentina, montados dentro de uma carçaca.

Condensadores a água

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)

Condensadores a água

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

Condensadores a água

Resfriados a água – Trocador casco e tubo

Refrigerantes hidrocarbonetos halogenados – tubos são de

cobre e espelhos em aço.

Amônia – tubos e espelhos em aço.

Condensadores a água

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

Condensadores a água

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 aumenta-

se 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.

Condensadores a água

Resfriados a água – Trocador casco e tubo

Incrustação

Novos com água de boa qualidade = fator de

incrustação na ordem de 0,000044 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.

Condensadores a água

Resfriados a água – Trocador casco e tubo

Limpeza

Condensadores a água

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.

Condensadores a água

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)

Condensadores a água

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).

Condensadores a água

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.

Condensadores a água

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

Condensadores a água

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.

Condensadores a água

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.

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

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

Comparação entre os tipos de

condensadores Quanto

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.

Comparação entre os tipos de

condensadores Resfriados a água em sistema fechado (com torre de

resfriamento) – SELF CONTAINED A ÁGUA:

Comparação entre os tipos de

condensadores Resfriados a água em sistema fechado (com torre de

resfriamento) – ÁGUA GELADA:

Comparação entre os tipos de

condensadores Condensador evaporativo

Comparação entre os tipos de

condensadores Condensador evaporativo

Condensadores

Torres de Arrefecimento Dois tipos

Contra-corrente

Condensadores

Torres de Arrefecimento Dois tipos

Corrente cruzada