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Refrigeração industrial
Escola SENAI “Oscar Rodrigues Alves” 99
Evaporadores, serpentina de ar e resfriadores de líquido
O evaporador é um trocador de calor onde o calor externo é absorvido do meio a se
resfriar e pelo qual circula um fluido refrigerante com temperatura menor realizando a
evaporação do mesmo e por conseqüência o resfriamento.
A absorção de calor é que provoca o frio no local desejado (câmara, túnel de
congelamento, fábrica de gelo, etc)e a evaporação se faz pela baixa pressão e baixa
temperatura dada ao fluido pela relação dispositivo de expansão e compressor.
O evaporador também pode se definido como a região do lado de baixa pressão do
sistema de refrigeração na qual o refrigerante líquido ferve ou evapora, absorvendo o
calor a medida em que se converte em vapor. Com ele se atinge o objetivo do sistema,
ou seja, a refrigeração.
A alimentação de fluido refrigerante pode ser por válvula termostática expansora
(expansão direta seca), por sistema inundado por gravidade ou por recirculação por
bomba.
Expansão seca
As principais vantagens dos resfriadores de expansão seca sobre o tipo inundado, são
a menor quantidade de refrigerante requerida para a troca de calor e a segurança de
retorno positivo de óleo ao compressor. Também, como previamente estabelecido, a
possibilidade de danificar o resfriador no caso de congelamento, é menor considerando
que o líquido resfriado circula sobre os tubos em vez de através deles.
A fim de manter a velocidade do líquido dentro dos limites que produzirão uma taxa
mais efetiva de queda de pressão na transmissão de calor, a velocidade do líquido
resfriado que circula sobre os tubos é controlada, variando o comprimento e as
distâncias das placas defletoras de segmento. Quando a taxa de fluxo alta e /ou a
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viscosidade do líquido é baixa, são usadas placas defletoras extensas e espaçadas
para reduzir a velocidade e minimizar a queda de pressão através do resfriador.
Quando a taxa de fluxo é baixa ou a viscosidade é alta, as placas defletoras são
menos espaçadas mais estreitas, a fim de aumentar a velocidade do fluído e melhorar
o coeficiente de transmissão de calor.
O número e o comprimento dos circuitos do fluido refrigerante requeridos para manter
a velocidade do refrigerante através dos tubos resfriadores dentro de limites aceitáveis,
dependem da carga total do resfriador e da relação entre a taxa do fluxo do líquido
resfriado e a diferença efetiva média de temperatura. Dado que estes fatores variam
com a aplicação individual, na verdade, um circuito ótimo de fluido refrigerante bem
projetado também varia com a aplicação individual. Por esta razão, os resfriadores são
acessíveis tanto com circuitos de refrigerante múltiplos como de simples e de
comprimentos variados. O número e comprimentos são variados. Eles também
dependem do comprimento do tubo e da disposição das placas defletoras finais ou das
entradas de fluido refrigerante que são aparafusadas às lâminas do tubo nas
extremidades do resfriador. A disposição do circuito do refrigerante para qualquer
resfriador padrão, pode ser mudada, trocando-se as entradas de refrigerante.
Resfriadores inundados
Os projetos padrão de resfriadores inundados incluem tanto disposições de tubo
simples como de passagem múltipla. Para o fluxo de passagem simples, os tubos são
dispostos de tal modo que o líquido resfriado passa através de todos os tubos
simultaneamente e somente numa direção.
A circulação múltipla do líquido resfriado através do uso de placas defletoras de desvio
ou entradas que são aparafusadas às extremidades do resfriador. A disposição das
placas defletoras externas determina o número de passagens que o líquido resfriado
executa de uma extremidade a outra antes de deixar o resfriador. Mesmo que
disposições de duas, quatro e seis passagens sejam as mais comuns, em alguns
casos são usadas mais passagens.
Como no caso de resfriador de expansão seca, alguns resfriadores inundados são
projetados com feixes de tubos removíveis, enquanto que outros têm lâminas de tubo
soldadas à carcaça de modo que o feixe de tubos não é removível. Contudo, quando
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as placas extremas são desparafusadas, os tubos tornam-se prontamente acessíveis
para a limpeza e os tubos individuais podem ser removidos e trocados, se necessário.
Em alguns projetos de resfriadores inundados, a carcaça é só parcialmente cheia com
tubos a fim de garantir uma larga área de descarga do vapor e velocidade
relativamente baixa no espaço sobre os tubos. Este projeto elimina a possibilidade de
propagação de líquido dentro da linha de sucção e por isso é particularmente bem
apropriado para pesados aumentos repentinos na carga.
Nos projetos de resfriadores em que a carcaça é completamente cheia com tubos,
pode ser usado um tambor compensador ou um acumulador, para separar líquido
misturado com vapor antes que este entre na linha de sucção. Alguns resfriadores
inundados são equipados com trocadores de calor de sucção de líquido embutidos.
Mesmo que a principal função do trocador de calor seja assegurar que somente vapor
seco entre na linha de sucção, ele possui efeito adicional de aumentar a eficiência do
resfriador, porque ele sub-resfria o líquido que se aproxima do resfriador e deste modo
reduz a quantidade de gás instantânea que entra no resfriador.
O resfriador de tubo de carcaça vertical tem a vantagem de requerer uma quantidade
mínima de espaço de piso. O resfriador opera inundado de modo que o líquido
resfriado entra no resfriador, no alto, e flui por gravidade para o interior dos tubos. Uma
bomba circulante extrai o líquido resfriado do tanque de armazenagem para a base e o
distribui para a utilização. O líquido de retorno é canalizado para a caixa distribuidora
no topo, de onde ele flui novamente através dos tubos. Um distribuidor especialmente
projetado, instalado no topo de cada tubo imprime um movimento de turbulência ao
líquido resfriado, o que faz o líquido fluir, numa película comparativamente fina, no
interior das superfícies de tubo.
Tipos
Os evaporadores são fabricados em grande variedade de formas e estilos para
satisfazer as necessidades específicas de cada aplicação, mas os tipos mais aplicados
na área de refrigeração industrial são os evaporadores a ar e os evaporadores para
líquidos conhecidos como resfriadores.
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Evaporadores a ar
Podem ser de dois tipos:
• Estáticos;
• De ar forçado (frigodifusores).
Estáticos
Atualmente pouco usados em refrigeração industrial, salvo casos especiais são
constituídos por tubo liso ou com pequenas aletas de afastamento razoável, são
utilizados quando se pretende ter ar calmo e umidade relativa elevada. Suas
características se baseiam em não ter ventilador proporcionando uma convecção
natural por gravidade e geralmente são utilizados em locais onde os produtos são
sensíveis a fluxo de ar ou produtos não embalados.
Todavia, em aplicações específicas podem usar-se serpentinas sem aletas,
serpentinas de gravidade com fluxo de ar por convecção natural, superfícies de placa
lisa, ou outros tipos especiais de superfícies para transferências de calor.
Os coeficientes de transmissão de calor são baixo o que exige grandes áreas de troca
de calor.
De ar forçado
São evaporadores munidos de ventiladores que forçam o ar a penetrar no interior do
evaporador proporcionando uma melhor troca de calor e uma flecha de ar para
grandes alcances.
O tipo mais comum é evaporador de serpentina ventiladora ou de convecção forçada
em que o refrigerante se evapora dentro de tubos com aletas extraindo o calor de ar
que passa através da serpentina mediante um ventilador.
Os evaporadores de expansão direta são aqueles nos quais o refrigerante se alimenta
diretamente da serpentina de refrigeração através de um dispositivo de controle que é
uma válvula de expansão ou um tubo capilar, absorvendo o calor diretamente, através
das paredes do evaporador, do meio que há de resfriar-se.
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Em outros tipos de sistemas, podem utilizar-se refrigerantes secundários como água
resfriada ou salmoura para a refrigeração do espaço ou do produto circulando dentro
de um evaporador que neste momento passa a ser um resfriador de água ou de
salmoura.
Os evaporadores para resfriamento de ar funcionam também como desumidificadores,
nesta função os fatores principais a considerar são o diferencial de temperatura e as
características construtivas da mesma como profundidade (número de rows) do
evaporador distancia entra aletas e vazão de ar.
Salvo casos especiais, os evaporadores para câmaras frigoríficas são selecionados
partindo de modelos já padronizados pelo fabricante, conforme a utilização e usando
dados específicos de catálogos de fabricantes como carga térmica total, temperatura
de evaporação, temperatura do ambiente, flecha de ar, volume de ar e etc.
Evaporadores para líquido (Resfriadores)
Os evaporadores para líquidos também são chamados de resfriadores de tubo duplo e
consistem de dois tubos dispostos de modo que um tubo fica dentro do outro. O fluído
resfriado flui numa direção através do tubo interior, enquanto o refrigerador flui na
direção oposta, através do espaço anular entre os tubos interno e externo. Os tubos
externos são soldados aos condutos verticais do refrigerante, enquanto os tubos
internos passam através dos condutos, e são conectados juntos pelas curvaturas de
retorno removíveis.
As vantagens apresentadas por esta unidade são construção rígida, a eliminação de
junções de refrigerante, e fácil acesso dos tubos internos para limpeza.
Os resfriadores de tubo duplo podem ser manobrados por expansão seca ou sistemas
inundados e em cada um dos casos, o contra-fluxo dos fluídos nos tubos produz um
coeficiente relativamente alto de transmissão de calor. Contudo, este tipo de resfriador
tem a desvantagem de requerer espaço maior, principalmente altura livre ou bombas
de circulação de líquido e são muito aplicados em sistemas de água gelada e em
algumas poucas aplicações especiais. Um número muito grande destes foi usado nas
indústrias de bebidas por fermentação e na fabricação de vinho, para resfriar o vinho e
cerveja não fermentada e em indústrias de petróleo, para o resfriamento de óleos.
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Os resfriadores de líquido podem estar dispostos de vários tipos como o Baudelot,
tanque, carcaça e serpentina e tubo e carcaça, tipo spray e a placas.
Tipo Baudelot
O resfriador tipo Baudelot consiste de uma série de tubos horizontais que são
localizados um embaixo do outro, e são ligados para formar um circuito refrigerante ou
circuitos. Para operação inundada ou de expansão seca, o refrigerante é circulado
através do interior dos tubos, enquanto o líquido esfriado flui para o exterior numa fina
película. O líquido flui para baixo sobre o tubo por gravidade, de um distribuidor
localizado no topo do refrigerador e é coletado dentro de uma calha na base. O fato de
que o líquido esfriado está à pressão atmosférica e em contato com o ar, torna o
refrigerador tipo Baudelot ideal para qualquer aplicação de esfriamento de líquido onde
o arejamento é um fator. O resfriador tipo Baudelot foi largamente usado para
resfriamento de leite, vinho e cerveja não fermentada e para o esfriamento de água
para carbonetação nas linhas de enchimento. Com este tipo particular de esfriamento,
é possível esfriar o líquido a uma temperatura muito perto do ponto de congelamento
sem o perigo de danificar o equipamento se ocorrer congelamento ocasional.
Outra vantagem do resfriador do tipo Baudelot, que também é oferecida pelo
refrigerador de tubo duplo é que o circuito do refrigerante é prontamente dividido em
diversas partes, uma circunstância que permite pré-esfriamento do líquido esfriado
com água fria antes que o líquido entre na parte de expansão direta do refrigerador.
Tipo tanque
O resfriador de líquido tipo tanque consiste essencialmente de uma serpentina de
refrigerante de tubo liso, instalada no centro, ou de um lado de um grande tanque de
aço, que contém o líquido a ser resfriado. Mesmo que completamente submersa no
líquido, a serpentina do refrigerante é separada do corpo principal do líquido por uma
disposição de placa defletora. Como mostrada figura abaixo, um agitador movido a
motor é utilizado para circular o líquido a ser resfriado sobre a serpentina do resfriador,
a velocidade relativamente alta, o líquido sendo aspirado numa extremidade do
compartimento da serpentina e descarregado na outra extremidade.
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As serpentinas de tubo liso em forma de espiral são dois dos tipos de serpentina
freqüentemente usada em resfriadores tipo tanque em qualquer aplicação de
resfriamento de líquido onde a higiene não seja um fator principal, e são largamente
usados para esfriamento de água, salmoura e outros líquidos para serem usados como
refrigerantes secundários. Por causa de sua capacidade inerente excessiva, eles são
adequados principalmente para aplicações sujeitas a variações fortes e freqüentes na
carga. Em tais casos, é fabricado um tanque de armazenagem de liquido resfriado de
grande porte, a fim de minimizar o aumento na temperatura do líquido resfriado
durante os períodos de demanda culminante.
Resfriador de líquido tipo tanque
Carcaça e serpentina
O resfriador de serpentina e casco geralmente é formado por uma outra serpentina de
tubo liso e formado de espiral, encerradas numa carcaça soldada de aço. Como uma
regra geral, o resfriador é operado em expansão seca, com o refrigerante nas
serpentinas e o líquido esfriado na carcaça. Em alguns casos, o resfriador é operado
inundado, caso em que o refrigerante fica na carcaça e o líquido resfriado passa
através das serpentinas. A primeira disposição tem a vantagem de garantir uma
capacidade excessiva de troca de calor e com isso este tipo de resfriamento é
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considerado ideal para as aplicações de cargas altas. É usado principalmente para o
resfriamento de água para beber, e para outros propósitos onde a higiene é um fator
primário, como em laboratórios fotográficos ou locais alimentícios.
Quando operado inundado com refrigerante na carcaça, este tipo de resfriamento
torna-se o que comumente é conhecido como um resfriamento líquido “instantâneo”.
Uma das desvantagens deste sistema é que sempre há capacidade excessiva. Dado
que o líquido não é re-circulado, ele deve ser resfriado instantaneamente quando
passa através das serpentinas. Outra desvantagem é que a falta de líquido pode torna-
se um perigo e danificar o refrigerador, pois no caso de congelamento pode haver
estrangulamento de tubos e serpentinas. Por esta razão, resfriadores que empregam
este sistema, não podem ser recomendados para qualquer aplicação onde é requerido
resfriamento do líquido abaixo de 0°C.
Resfriadores de tubo e carcaça instantâneos são usados principalmente para o
resfriamento de cerveja e outras bebidas.
Tubo e carcaça
Os resfriadores de tubo e carcaça que têm uma eficiência relativamente alta requerem
um mínimo de espaço de piso e altura livre, são de fácil manutenção e são
prontamente adaptáveis a quase todo tipo de aplicação de resfriamento de líquido.
Por esta razão, o resfriador de tubo e carcaça é o tipo mais usado em resfriamento de
líquidos embora projetos individuais difiram um pouco dos usuais, dependendo do tipo
de refrigerante usado e em qual dos dois tipos (inundado ou expansão seca) ele será
operado.
O tipo tubo e carcaça consistem essencialmente de uma carcaça cilíndrica de aço, na
qual é colocado um número de tubos retos, em paralelo, e adaptados nas
extremidades por lâminas de tubo. Quando o resfriador é operado em expansão seca,
o fluido refrigerante é expandido dentro de tubos, enquanto o líquido a ser resfriado
circula através da carcaça. Quando o resfriador é operado do modo inundado, o líquido
resfriado circula através dos tubos e o fluido refrigerante é contido na carcaça, o nível
do refrigerante líquido na carcaça é mantido com algum tipo de controle flutuante. Em
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qualquer um dos casos o líquido a ser resfriado circula através do resfriador por meio
de uma bomba de circulação de líquido usualmente do tipo centrífuga.
Os diâmetros da carcaça, para o resfriador de tubo e carcaça, atingem
aproximadamente de 6 a 60 polegadas, e o número de tubos na carcaça variam
conforme a capacidade frigorífica. Os diâmetros do tubo alcançam diâmetros entre 5/8
de polegadas a 2 polegadas, e a extensão dos tubos varia de 1 metro para 20 metros.
Os resfriadores projetados para uso com amônia são equipados com tubos de aço,
enquanto aqueles destinados para o uso com outros fluidos refrigerantes são
usualmente equipados com tubos de cobre, a fim de obter um coeficiente de
transmissão de calor mais alto. Por causa da condutância da película relativamente
baixa dos fluidos refrigerantes halocarbonados, os resfriadores projetados para uso
com estes, são muitas vezes equipados com tubos que são providos de aletas no lado
do refrigerante. No caso dos resfriadores de expansão seca, os tubos são providos
internamente de aletas longitudinais. Para operação inundada, os tubos são providos
externamente de aletas para maior contato das áreas das faces dos tubos. Como uma
regra geral, os resfriadores de expansão seca são empregados em instalações de
pequeno e médio porte, que requerem alcancem suas capacidades de refrigeração,
mas são acessíveis em alguns sistemas de maiores capacidades. Os resfriadores
inundados são aproveitados em sistemas de grandes capacidades frigoríficas e são
aplicados freqüentemente em grandes instalações industriais.
Trocador de calor tipo tubo e carcaça
Tubo e carcaça
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Tipo Spray
O resfriador tipo spray é semelhantemente, em construção, ao resfriador inundado
convencional, exceto que o refrigerante líquido é atomizado sobre a parte externa dos
tubos de água por bocais localizados num coletor de spray acima do feixe de tubos. O
líquido não vaporizado escorre do tubo para dentro de um reservatório na base do
resfriador, do qual ele é re-circulado para os bocais de spray por uma bomba de baixa
altura de líquido. Uma taxa de circulação alta assegura umidade continua das
superfícies do tubo e provoca uma taxa elevada de transmissão de calor.
As principais vantagens desse tipo de resfriador são sua alta eficiência e a carga de
refrigerante relativamente pequena. As desvantagens são o custo elevado da
instalação e a necessidade de uma bomba de recirculação de líquido.
Evaporadores a placas (EPHE)
Os trocadores de calor a placas utilizados em condensadores são basicamente os
mesmos utilizados para evaporadores, variando em alguns casos apenas as juntas de
vedação do lado refrigerante (anéis).
São utilizados para resfriar qualquer tipo de líquido utilizado em refrigeração, seja ele;
Água, etileno glicol, solução de cloreto de cálcio, até os novos fluidos secundários;
Tyfoxit (Formato de Acetona), Frizium e HyCool (ambos Formados de Potássio).
Pode operar em temperaturas tão baixas como -40ºC, (abaixo de -50ºC é necessário
que seja totalmente soldado) e com qualquer tipo de fluido refrigerante.
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Partes de um trocador de placas
Devido a sua alta eficiência o trocador de calor a placas tem sido cada vez mais
utilizado em refrigeração. Isso se torna bastante evidente em aplicações como
resfriamento de água para laticínios, abatedores de aves, indústrias de bebidas, etc.
Num laticínio, o sistema mais usual até o surgimento do evaporador a placas para
resfriamento de água, era a utilização de um tanque com serpentina interna em que
circulava amônia a -10ºC.
Hoje em dia com o trocador de calor a placas é possível se obter água a 1ºC ou menos
com evaporação de amônia a 0ºC.
Para se ter uma idéia do que isso representa em termos de consumo de energia,
vejamos o seguinte exemplo onde um compressor industrial operando a 3550 RPM
produz os seguintes resultados:
Tabela: Consumo do motor em função da capacidade frigorífica e regime de trabalho
Regime Capacidade (KW) Consumo motor (KW)
-10 / + 35ºC 472,4 133,5
-1,0 / + 35ºC 672,7 141,1
Diferença + 42,4% 5,7%
De acordo com esta tabela, verifica-se um aumento da capacidade do compressor em
42,4% utilizando evaporador a placa, mas o consumo só aumenta de 5,7%.
Caso se desejasse a mesma capacidade teríamos um consumo energético menor,
compressor menor e, por conseqüência menor custo inicial do investimento.
Uma aplicação que está sendo bastante utilizada é o sistema de resfriamento indireto,
com a utilização de unidades resfriadores de líquido (Chillers) com trocador a placas
resfriando um fluido intermediário que é então distribuído para o processo. Esse
sistema tem-se tornado possível devido ao trocador de calor a placas e também ao
aparecimento de novos fluidos com baixa viscosidade mesmo a baixas temperaturas,
tais como Frizium e Tyfoxit, o que reduz consideravelmente o custo de bombeamento.
Com isso reduz-se drasticamente a carga de amônia da instalação tornando-a mais
segura de operar.
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Evaporadores a placa tipo soldado
Meios de transferência de calor
O calor absorvido do produto a resfriar (e/ou congelar), pode ser transmitido por
diversos meios:
• Gasoso: normalmente ar que funciona como meio intermediário;
• Líquido: pode ser meio intermediário (água, salmoura, glicol), ou produto final a
resfriar (leite, cerveja, sucos);
• Sólido: normalmente produto final em contato direto com a superfície sólida do
evaporador (congeladores de placas congelando carne ou outros alimentos).
De acordo com os processos indicados, a transferência de calor em evaporadores se
da pela ação das correntes de convecção de ar, condução entre superfície sólida
podendo classificar os evaporadores de:
• Evaporadores para ar ou frigodifusores;
• Evaporadores para líquidos ou resfriadores de líquido;
• Evaporadores de contato.
Quanto à forma construtiva, podem classificar-se em:
• Serpentinas com aletas ou lisas;
• Evaporadores de imersão ou para tanque aberto (para líquidos);
• Evaporadores fechados (shell and tube, shell and coil, tube in tube, placas de
contato e especiais);
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A maioria dos sistemas frigoríficos envolve condicionamento de ar através do
resfriamento e desumidificação do mesmo e utilizam as serpentinas como meio de
transferência de calor. Neste caso o meio de transferência de calor é a convecção do
ar que passa entre a superfície externa dos tubos da serpentina, e em virtude do baixo
valor de coeficiente de transferência de calor por convecção do ar, os tubos devem ser
dotados de aletas com o objetivo de reduzir a resistência térmica exterior, razão pela
qual assumem uma geometria peculiar.
Nos resfriadores de líquidos os meios de transferência de calor são a condução por
placas de contato ou por convecção do líquido resfriado, porém ao se estudar este tipo
de evaporador deve-se ter cuidado com as características dos líquidos que irão trocar
calor, pois os mesmos podem sofrer ações de compactação e prejudicar o escoamento
dos fluidos envolventes, prejudicando as características do processo de transferência
de calor como velocidade de escoamento e coeficiente global de transferência de
calor.
Os resfriadores de líquidos podem constituir-se num verdadeiro problema para o
operador caso o projeto e a seleção não sejam adequados. Assim o usuário deve
tomar as devidas precauções para garantir que o resfriador apresente a área de
transferência de calor adequada, o mesmo devendo ocorrer com a distribuição do
refrigerante. Para finalizar a capacidade de bombeamento e os cuidados de
manutenção resultam numa boa viscosidade dos líquidos e um bom rendimento
frigorífico do resfriador.
Critérios para seleção de ventiladores em serpentinas
O processo de seleção de serpentina via catálogo já considera as variáveis do
ventilador em uma serpentina sob o ponto de vista operacional, entretanto, algumas
situações podem envolver outros aspectos que deverão ser levados em consideração
como:
• Disposição do ventilador e seu motor (extração ou sopramento);
• Tipo de ventilador (centrifugo ou axial);
• Motor (rotação única ou variável).
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Em um evaporador a ar a vazão e as velocidades envolvidas sejam adequadas para
satisfazer a capacidade de refrigeração proposta para a serpentina.
Um parâmetro operacional, característico entre o ventilador e a serpentina, é o
alcance, que na refrigeração e ar condicionado é definido como a distância entre do ar
da serpentina até um ponto onde a velocidade do ar é reduzida até 0,5 m/s.
Quanto à localização do ventilador e seu motor em relação à serpentina, pode-se optar
por sistemas do tipo extração ou sopramento. O tipo sopramento é mais vantajoso sob
o ponto de vista térmico, uma vez que o calor do motor e do ventilador é dissipado
para o evaporador e o tipo extração apresenta melhores resultados no alcance.
Os tipos de ventilador utilizados em serpentinas são os centrífugos e o axial e cada um
proporciona uma série de vantagens e desvantagens em função da resistência do ar à
medida que vai se formando neve no evaporador como capacidade da serpentina,
perca de pressão-vazão, ruído e manutenção e alcance.
O motor deve ser adequado de modo a satisfazer as condições operacionais da
serpentina como a movimentação de ar de alta densidade em serpentinas de baixa
temperatura.
Métodos de degelo em serpentinas
Sempre que resfria o ambienta através de um evaporador a ar com temperatura de
superfície abaixo de 0ºC e abaixo do ponto de orvalho desse ar, o vapor de água
congela formando vapor ou gelo (no Brasil se adotaram os termos “gelo” e ”degelo”
são os que se usam na pratica, em realidade o que se forma nos evaporadores é mais
semelhante à neve que consiste na passagem direta de água no estado de vapor para
água no estado sólido, cristais soltos de gelo).
De um modo geral, em câmaras frigoríficas formam-se gelo nos evaporadores com
temperatura de câmara abaixo de 8ºC, resultando em dois aspectos:
• Baixo coeficiente de trans missão de calor devido à capa isolante que cria;
• Reduz a vazão de ar devido ao estrangulamento dos espaços entre aletas.,
Em geral até 3 mm de gelo não há, normalmente, alteração no coeficiente de
transmissão de calor, após isso o gelo tem a tendência de virar isolante térmico.
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Outro problema na formação de gelo no evaporador a ar é a redução da vazão de ar
que tende a reduzir a capacidade frigorífica do evaporador e o alcance do fluxo de ar.
O afastamento de aletas do evaporador é uma das características principais dos
evaporadores, está relacionado com a acumulação de gelo. Para câmaras frigoríficas
em que não há formação de gelo no evaporador, usam - se afastamentos de 4 a 6 mm.
Para câmaras com temperaturas até –18ºC e cargas latentes pequenas usam-se
afastamentos de 6 a 10 mm e para temperaturas mais baixas ou altas cargas latentes,
usam-se afastamentos de 12 a 15 mm.
U
kg de gelo acumulado
Curva típica da variação de transmissão de calor com a acumulação de gelo no
evaporador, mantendo a velocidade do ar constante
Para evitar os problemas criados pelo acumulo de gelo no evaporador é necessário
eliminar esse gelo. Este procedimento chama-se degelo.
O processo mais usado é o degelo continuo que consiste em fazer circular
continuamente pelo evaporador um líquido incongelável (salmoura, glicol), que absorve
a água não permitindo que ela se congele este método exige que se mantenha a
concentração de líquido o que torna instalação mais complexa.
Nos evaporadores estáticos para ar o degelo se faz com espaçamento de tempo que
varia 4 a 24 horas. Em grandes câmaras de estocagem, o mais comum é um intervalo
de 12 horas.
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Processo de degelo
Os processos de degelo mais usado em refrigeração industrial são:
• Por ar;
• Elétrico;
• Por água;
• Por gás quente;
• Misto (gás quente + água).
Qualquer que seja o processo de degelo e água resultante é escoada para o exterior
da câmara através de tubos de dreno. Estes devem ser sifonados para evitar a entrada
de ar exterior.
Nas câmaras de temperatura negativa os drenos são aquecidos no trecho onde fica no
interior da câmara, estes normalmente são feito por resistência elétrica ou gás quente
mesmo que se use outro método de degelo no evaporador.
Degelo por ar
Indicado para o uso em câmaras frigoríficas com temperatura maior que 2ºC e seu
funcionamento se baseiam em fechar a alimentação de fluido refrigerante ao
evaporador, por meio de uma válvula eletromecânica mantendo o ventilador
funcionando. O ar vai derretendo o gelo acumulado de forma natural. É um processo
lento, mas econômico e que não exige nenhum equipamento ou acessório especial no
circuito frigorífico além do normal de funcionamento.
Em grandes instalações que usam dutos e os evaporadores em compartilhamentos
que podem ser isolados das câmaras, usa-se, por vez, um sistema que circula ar
exterior por meio de dampers. Este sistema torna o processo mais rápido e podem ser
usados em câmaras com temperatura abaixo de 2ºC.
Degelo elétrico
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Consiste em usar resistências elétricas introduzidas nas aletas, na face do evaporador
e na bandeja de dreno mantendo um bom contato com estas. Alguns fabricantes usam
o sistema de introduzir as resistências dentro dos tubos das serpentinas.
É um sistema simples e de pequeno investimento inicial de custo operacional, porém
tem a tendência de elevado consumo de energia e maior custo operacional. Não é
muito usado em refrigeração industrial especialmente em instalações que utilizam
amônia como fluido refrigerante.
Degelo por água
É um processo muito usado em câmaras de resfriados e mesmo em câmaras de
estocagem de congelados ou túneis de congelamento, porém apresenta a
desvantagem de alto consumo de água a qual deve ser reaproveitada. Em refrigeração
industrial esse método é muito utilizado.
O mesmo consiste em fazer passar água em forma de chuveiro sobre o evaporador
por meio de bandeja ou tubos perfurados de modo a obter uma boa distribuição da
água em toda a superfície superior do evaporador. A vazão de água deve ser
abundante para fundir o gelo rapidamente do evaporador, fazendo-o escoar pela
bandeja e dreno.
É um processo rápido de degelo, porém em baixas temperaturas a bandeja e dreno
devem der aquecidos, normalmente por resistência elétrica para melhorar o
escoamento. A tubulação de alimentação de água e de dreno deve ser inclinada para
uma boa drenagem. A válvula de controle deve ficar fora da câmara e deve-se ter um
sistema de dreno de água que fica na tubulação próximo ao evaporador para evitar o
congelamento da mesma e provocar obstrução.
Este processo tem como vantagem a lavagem do evaporador que elimina qualquer
sujeira que se acumula no mesmo, por isso, é muito usado em câmaras de
resfriamento de carnes e frutas.
Em câmaras de estocagem de congelados este processo é muito utilizado em conjunto
com o sistema degelo por gás quente.
Degelo por gás quente
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É um dos processos de degelo no evaporador mais utilizado em refrigeração industrial
em função de ter características de aproveitamento de energia.
Consiste em introduzir uma parte do gás quente de descarga do compressor no
evaporador que tende a funcionar com uma carga de vapor a alta temperatura no
evaporador. Com isso, parte da energia do fluido de descarga tende a gerar calor
suficiente para promover a fusão do gelo formado no evaporador.
Para que isso seja possível se faz necessário um bom projeto de tubulação e a adição
ao sistema de válvulas modulantes e de pressão constante.
B
A
C
água
V3V
Esquema de degelo por água
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gás quente
retorno
líquido
VS2
VPC
VS1
VA
Degelo por gás quente (padrão – evaporadores alimentados por baixo)
Tabela: Posicionamento das válvulas
SITUAÇAO VS1 VS2 VS3 VPV
REFRIGERAÇAO A F A F
DEGELO F A F M
A – aberta
B – fechada
M – Modulando mantendo p = constante
Na tabela anterior representa-se um diagrama padrão de degelo por gás quente em
evaporadores com alimentação de líquido por baixo, porém sempre se deve considerar
alguns aspectos importantes do qual devemos destacar:
• O gás quente circulando e condensando em sentido contrario ao fluxo normal de
refrigeração, faz como que uma lavagem uma lavagem de óleo acumulo nas
paredes dos tubos do evaporador;
• O gás quente deve entrar primeiro na bandeja para eliminar qualquer desejo aí
existente e facilitar a passagem de água;
• A válvula de retenção à saída da bandeja é necessária para evitar entrada de
líquido na serpentina de degelo durante o ciclo de refrigeração, com conseqüente
evaporação e formação de gelo;
• A válvula de retenção depois da válvula de solenóide (VS1) na linha de líquido, é
necessário porque as válvulas solenóides só fecham no sentido do fluxo;
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• Filtros antes das válvulas de solenóides são importantes para evitar que qualquer
sujeira prejudique o funcionamento. Sendo acionados são muito sensíveis a este
tipo de avaria.
Na passagem de um ciclo para outro, alguns condicionamentos se introduzem para
o funcionamento:
• Passagem do ciclo de refrigeração para o ciclo de degelo;
• Fecha-se primeiro a válvula solenóide de líquido(VS1)e o evaporador fica
funcionando mantendo o ventilador funcionando e esvaziando o mais possível o
líquido existente dentro do evaporador;
• Só depois deste tempo, para-se o ventilador abre-se a válvula solenóide(VS2)
fechando-se a válvula (VA);
• Na passagem do ciclo de degelo para o ciclo de refrigeração fecham válvula (VS2),
abre a válvula VA e a válvula (VS1). Só alguns minutos depois devem funcionar o
ventilador. O atraso do ventilador tem a noção de evitar que as gotas de água
sejam arrastadas para os produtos ou pisos e paredes da câmara.
Degelo misto (gás quente + água)
É usado em refrigeração industrial, especialmente em câmaras de baixa temperatura e
grandes instalações. Com este sistema duplo consegue-se maior rapidez no degelo e
ainda a vantagem de lavagem do evaporador.
Inicia-se primeiro o degelo por gás quente e só em alguns minutos depois entra o
degelo por água.
Pode dizer-se que os dois processos se completam, vindo um de dentro (gás quente) e
outro de fora (água).
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Controle de degelo
Qualquer que seja o processo de degelo pode ser feito manualmente ou
automaticamente.
Duas grandezas básicas podem ser controladas:
• Duração de degelo (tempo de degelo);
• Intervalos entre degelos.
No sistema automático, o mais usual é utilizar um timer onde se regula o valor
desejado.
Como o acumulo de gelo é variável em função, fundamentalmente, da operação da
câmara, tempos diferentes seria desejável em dias ou em horários diferentes.
Podem fazer-se programações diferentes para dias ou horárias diferentes: mas não se
pode programar o impossível.
O sistema mais evolutivo faz uso da eletrônica e informática.
O inicio do degelo é feito por variação de pressão do ventilador em função do acumulo
de gelo e o fim do degelo é feito por temperatura do evaporador quando não há mais
gelo para fundir.
Um tempo de segurança é usado para finalizar o degelo em caso de emergência.
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