AULA 10 Evaporadores Prof Carlos

EVAPORADORESEVAPORADORES

TOPICOS DE AULA :

• Classificação: Ar e líquido• Construção e princípios de operação• Características de desempenho• Capacidade, seleção e operação

BIBLIOGRAFIA :

••••ASHRAE Refrigeration / Fundamentals••••NEVES Fº, L.C. (2000) - "Refrigeração e Alimentos". UNIC AMP-FEA /

IBF, 392p., Campinas, SP••••Refrigeração Industrial ( Stoecker & Jabardo)••••Catálogos: MIPAL, APEMA, GEA


OBJETIVOOBJETIVO :TROCADOR DE CALOR ⇒⇒⇒⇒ EVAPORAÇÃO DE REFRIGERANTERETIRAR CARGA TÉRMICA ( TROCAR CALOR COM AMBIENTE

DE APLICAÇÃO )

LOCALIZAÇÃO ⇒⇒⇒⇒ LINHA DE BAIXA PRESSÃO

APLICAÇÕES :

RESFRIAMENTODE LÍQUIDO

RESFRIAMENTODE AR:

EVAPORADORES PARA EVAPORADORES PARA

RESFRIAMENTO DE LRESFRIAMENTO DE LÍÍQUIDOS QUIDOS OU SOU SÓÓLIDOSLIDOS

EVAPORADORESEVAPORADORESVARIEDADES DE TIPOS E FORMAS

TUBO LISO : RESFRIAMENTO DE LÍQUIDO (TUBO-CARCAÇA)

PLACA : FACILIDADE DE DESMONTAGEM ( DOMÉSTICO , Brazado, Soldado)

CONGELAMENTO COM SUPERFÍCIE RASPADA :

TUNEL DE CONGELAMENTO A PLACAS :TUNEL DE CONGELAMENTO A PLACAS :

EVAPORADORESEVAPORADORESA PLACAS :A PLACAS :

Ice slurry

RESFRIADOR DE LRESFRIADOR DE L ÍÍ QUIDOQUIDO

TIPOS :TUBO E CARCAÇA : EXPANSÃO SECA E INUNDADOTANQUE ABERTO COM AGITADORESTUBO DUPLO : REFRIGERAÇÃO EM REGIÃO ANULAR

TUBO E CARCAÇA : EXPANSÃO SECA REFRIGERANTE == TUBOVANTAGENS :RETORNO DE ÓLEO PARA COMPRESSORMENOR QUANTIDADE DE REFRIGERANTE

UTILIZADOSEM DANOS, CASO HAJA CONGELAMENTO DA

APLICAÇÃO

RESFRIADOR DE LRESFRIADOR DE L ÍÍ QUIDOQUIDO

SISTEMAS DIRETOS E INDIRETOS DE RESFRIAMENTOSISTEMAS DIRETOS E INDIRETOS DE RESFRIAMENTO

SISTEMAS DIRETOS : REFRIGERANTE MUDA DE ESTADO

TROCA CALOR COM O FLUIDO DE APLICAÇÃO

SISTEMAS INDIRETOS :REFRIGERANTE SECUNDÁRIOTROCA CALOR SENSÍVELLOCAIS DE RESFRIAMENTO É DISTANTE DO

COMPRESSOR

JUSTIFICATIVAS DE USO SISTEMAS INDIRETOS:

MAIOR PERDA DE PRESSÃO NAS TUBULAÇÕES, SE REFRIGERANTE;

MAIOR VELOCIDADE DO REFRIGERANTE (diretos);

MAIOR MASSA TOTAL DE REFRIGERANTE (diretos);

BAIXO RETORNO DE ÓLEO (diretos)

MAIOR PROBABILIDADE DE VAZAMENTOS (diretos)

EX.: SISTEMA CENTRAL DE AR CONDICIONADO (ex.: Termoacumulação)

InstalaInstalaçõções de Termoacumulaes de Termoacumulaçãção:o:

InstalaInstalaçõções de Termoacumulaes de Termoacumulaçãção:o:

Tanques com Cápsulas Esféricas

Tipos de Termoacumuladores Tipos de Termoacumuladores LATENTESLATENTES

Solução secundária (anti-congelante): circula nos tanque/Chiller/FanCoil

FuncionamentoFuncionamento: Carga (Formação de gelo) e descarga (Queima do gelo).Sistema de termo-acumulação com GELO em derretimento externo

Ciclos de TermoacumulaCiclos de Termoacumulaçãção:o:Esquema simplificado de termo-acumulação de gelo com derretimento externo

Operação com tanque de gelo

Operação SEM tanque de gelo

TermoacumulaTermoacumulaçãção Central para condicionamento de aro Central para condicionamento de ar

Fan Coil Individual:

Sistema de Termoacumulação com Tanque de Gelo:


CARGA (NOTURNO)

Sistema de Distribuição de água gelada com Tanque de Gelo:


DESCARGA (DIURNO)

EVAPORADORES PARA EVAPORADORES PARA

RESFRIAMENTO DE ARRESFRIAMENTO DE AR

ALETADOS : RESFRIADOR DE AR (BOM CONTATO TÉRMICO COM OS TUBOS = SOLDA ; EXPANSÃO DE TUBOS )

TUNEL DE CONGELAMENTO BATELADATUNEL DE CONGELAMENTO BATELADA

TUNEL DE CONGELAMENTO AR FORÇADO :

TUNEL DE CONGELAMENTO FLUIDIZADO ( FLOW FREEZER) :TUNEL DE CONGELAMENTO FLUIDIZADO ( FLOW FREEZER) :

MMÉÉTODOS DE ALIMENTATODOS DE ALIMENTAÇÃÇÃOO

DE REFRIGERANTE NOS DE REFRIGERANTE NOS


MÉTODOS DE ALIMENTAÇÃO DO REFRIGERANTE:

A) EXPANSÃO SECA :

QUANTIDADE DE REFRIGERANTE LÍQUIDO LIMITADA PARA GARANTIR TODA EVAPORAÇÃOÁREA TOTAL DO EVAPORADOR : DE 10 A 20 % MAIOR

BULBOV.E.T.

Contr. Vazão DESVANTAGENS :•••• MENOR CONTROLE NA LINHA DE

SUCÇÃO : EXISTENCIA DE LÍQUIDO•••• VARIAÇÕES DA TEMPER. DE CÂMARA•••• SUPER AQUECIMENTO ÚTIL•••• MENOR EFICIÊNCIA DE TRANSF. DE

CALOR

VANTAGENS :

⇒⇒⇒⇒ MENOR CUSTO INICIAL

⇒⇒⇒⇒ COMPACTOS

⇒⇒⇒⇒ COM RETORNO DE ÓLEO

⇒⇒⇒⇒ PROJETO SIMPLES

B) INUNDADO :

CARACTERÍSTICAS :MASSA LÍQUIDA CIRCULADA === 5 VEZES A

MASSA EVAPORADACOM TEV = CTE.

OPÇÕES : POR GRAVIDADEPOR BOMBEAMENTO DE LÍQUIDO

VANTAGENS :• MENOR FLUTUAÇÃO DA TEMPERATURA• MENOR PRESENÇA DE VAPOR, MAIOR ÁREA

MOLHADA• MAIOR TAXA DE TRANSMISSÃO DE CALOR• MAIOR PROTEÇÃO DE GOLPE DE LÍQUIDO NO

COMPRESSOR ( SEPARADOR DE LÍQUIDO )• MENOR TRABALHO DE COMPRESSÃO• MAIOR FLEXIBILIDADE PARA DISTRIBUIÇÃO A

OUTROS EVAPORADORES

V.E.EVAPORADOR

SEPARADOR DE LÍQUIDO

COMPRESSOR

DESVANTAGENS :DIFICULDADE NO RETORNO DE ÓLEO

(DRENO)MAIOR CUSTO INICIAL (RESERVATÓRIO E

SEPARADOR DE LÍQUIDO, BOMBA )MAIOR QUANTIDADE DE REFRIGERANTE

MÉTODOS DE ALIMENTAÇÃO DO REFRIGERANTE:

EVAPORADORESEVAPORADORESRESFRIADOR DE ARRESFRIADOR DE AR

A) CONVECÇÃO NATURAL :⇒⇒⇒⇒ BAIXA VELOCIDADE DO AR⇒⇒⇒⇒ MÍNIMA DESIDRATAÇÃO DO PRODUTOAPLICAÇÃO : ⇒⇒⇒⇒ REFRIGERADOR DOMÉSTICO

B) CONVECÇÃO FORÇADA :

⇒⇒⇒⇒ MAIOR EFICIÊNCIA DE TROCA DE CALOR

◊◊◊◊ ESPAÇAMENTO DE ALETAS :

¨ TEMPER. BAIXAS ⇒⇒⇒⇒ 2 A 3 ALETAS / POL.

¨ TEMPER. ALTAS ⇒⇒⇒⇒ 14 ALETAS / POL.

APLICAÇÃO :

⇒⇒⇒⇒ EVAPORADORES DE TUBOS LISOS E ALETADOS COM VENTILAÇÃO FORÇADA

SELESELEÇÃÇÃO DE EVAPORADORES:O DE EVAPORADORES: ∆∆∆∆T ; Qo ; Tev

SELESELEÇÃÇÃO DE EVAPORADORES:O DE EVAPORADORES: ∆∆∆∆T ; Qo ; Tev

Evaporador de ar Forçadocom degelo Elétrico[HeatCraft do Brasil Ltda]

Capacidades de Evaporadores

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

-40 -30 -20 -10 0 10

Temperatura de Evaporação

Cap

ac. [

kca

l/h ]

O13

O15

CAPACIDADE DO EVAPORADOR:

• TAXA DE CALOR TROCADA• AMBIENTE DA APLICAÇÃO ⇒⇒⇒⇒

REFRIGERANTE•

• Área de Troca de Calor ( Tubo + Aleta )• Diferença Média Logarítmica• sendo :

Q U A LMTD0 ≡ . .

( )U f h h k e hext parede incr= int ., , , ,

v

Av

2A

vA

A

v

⇓ ≡ ⇑ ⇓ ⇓+Q U A LMTDTURBVELOC

.. . .2

Q U A LMTD≡ . .2

CAPACIDADEDO EVAPORADOR:

PARÂMETROS QUE INFLUENCIAM A TEMPERATURA DO AR E COEFICIENTE DE TROCA TÉRMICA :

ÁREA DE FACE;

NÚMERO DE FILEIRAS;

ESPAÇAMENTO DE ALETAS;

VAZÃO E VELOCIDADE DE AR;

TEMPERATURA DO REFRIGERANTE

OPCÃO “A” : •••• MELHOR PERFORMANCE •••• MAIOR LMTD

INFLUINFLU ÊÊNCIA DA VARIANCIA DA VARIA ÇÃÇÃO DA TEMPERATURA DE O DA TEMPERATURA DE EVAPORAEVAPORAÇÃÇÃOO

h [kcal/kg]

ln P

ln Pev”

ln Pev

D’

C”

D

B”

C

∆∆∆∆ho”

∆∆∆∆ho

ln Pcond A

B

∆∆∆∆hcond”∆∆∆∆hcond

INFLUINFLU ÊÊNCIA DA VARIANCIA DA VARIA ÇÃÇÃO DA TEMPERATURA DE O DA TEMPERATURA DE EVAPORAEVAPORAÇÃÇÃOO

• CAUSAS :

– ↓↓↓↓ TEV ⇒⇒⇒⇒ FORMAÇÃO DE GELO ; NECESSIDADE DE MAIOR

CAPACIDADE DO COMPRESSOR: ↓↓↓↓ Qo

– ↑↑↑↑ TEV ⇒⇒⇒⇒ NECESSIDADE DE MENOR CAPACIDADE DO

COMPRESSOR: ↑↑↑↑ Qo

• CONSEQUÊNCIAS :

– QEV = U . A . ( TCAM – TEV )

– SE ↓↓↓↓ TEV ⇒⇒⇒⇒ ↓↓↓↓ ∆∆∆∆h0 ; ⇒⇒⇒⇒ ↑↑↑↑ TCAMARA para mREF = cte

– COM T COND = Cte : ↑↑↑↑ TEV ⇒⇒⇒⇒ ↑↑↑↑ C.O.P. e ↓↓↓↓ TEV ⇒⇒⇒⇒ ↓↓↓↓ C.O.P.

DEGELO EMDEGELO EM EVAPORADORESEVAPORADORES

A) INTERRUPÇÃO DE ALIMENTAÇÃO DE REFRIGERANTE (NATU RAL)•••• OPERAÇÃO :

•••• VENTILAÇÃO COM AR DE RETORNO ( SEM EVAPORAÇÃO)•••• APLICAÇÕES ACIMA DE 0 °°°°C

•••• DESVANTAGEM :•••• ELEVAÇÃO DA TEMPERATURA DE ESTOCAGEM•••• PERÍODO LONGO

•••• VANTAGEM :•••• MELHOR PARA ESTOCAGEM ACIMA DE 2 °°°°C

DESCONGELAMENTO ≠ DEGELO

B) DEGELO POR GÁS QUENTE OPERAÇÃO :

VENTILAÇÃO DESLIGADA ( SEM EVAPORAÇÃO)GÁS DE DESCARGA DO COMPRESSORACIONAMENTO DE VÁLVULAS SOLENOIDESDESVANTAGEM :MAIOR CUSTO INICIALMAIS TUBULAÇÕES E CONTROLESVANTAGEM : RÁPIDO

DEGELO EMDEGELO EM EVAPORADORESEVAPORADORES

C) ASPERSÃO DE ÁGUA OPERAÇÃO :

VENTILAÇÃO E EVAPORAÇÃO DESLIGADOS

DESVANTAGEM :NECESSIDADE DE DRENO DE MAIOR CAPACIDADE

CUIDADOS DE ÁGUA SOBRE O PRODUTO

VANTAGEM :RÁPIDO

PEQUENA VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DA CÂMARA

D) ELÉTRICO APLICAÇÕES : CÂMARAS DE PEQUENO PORTE

OPERAÇÃO : VENTILAÇÃO E EVAPORAÇÃO DESLIGADOSACIONAMENTO DO CIRCUITO ELÉTRICO ( TIMER , RELÊ )RESISTÊNCIAS ELÉTRICAS EMBUTIDAS NO EVAPORADOR

DESVANTAGEM :MAIOR CUSTO OPERACIONALMAIOR CONSUMO DE ENERGIAVANTAGEM :RÁPIDO ; BAIXO CUSTO INICIAL

TABELA DE CLASSIFICATABELA DE CLASSIFICA ÇÃÇÃOODE EVAPORADORESDE EVAPORADORES

LOCALIZALOCALIZA ÇÃÇÃO DE O DE EVAPORADORESEVAPORADORES

PARTE SUPERIOR ( FIXADO NO TETO OU POR ESTRUTURA )DISTANCIADO DE PAREDES , DEVIDO AO AR DE RETORNO

POSICIONAMENTO : DEPENDE DA FLECHA E DIMENSÕES

SELEÇÃO :CAPACIDADE = Q 0 , ∆∆∆∆ TSELEÇÃO , DIMENSÕES E PARÂMETROS OPERACIONAIS

∆∆∆∆ TSELEÇÃO = ( TAR_ENTR. - TEVAP )

TAR_ENTR. = TEMPERATURA DO AR DE RETORNOTEVAP = TEMPERATURA DE EVAPORAÇÃO

MM ÁÁ LOCALIZALOCALIZA ÇÃÇÃO DE O DE EVAPORADORESEVAPORADORES

PERDA DE PRESSPERDA DE PRESSÃÃO E VELOCIDADE DO REFRIGERANTE EM O E VELOCIDADE DO REFRIGERANTE EM EVAPORADORESEVAPORADORES

AUMENTO DA VELOCIDADE DO REFRIGERANTE :

MAIOR PERDA DE PRESSÃO NO EVAPORADORMENOR PRESSÃO DE SUCÇÃOMAIOR VOLUME ESPECÍFICO NA SUCÇÃOMENOR CAPACIDADE DO SISTEMA NA VAZÃO MÁSSICA DO REF RIG.MENOR CAPACIDADE DO SISTEMA FRIGORÍFICO

REDUÇÃO DA VELOCIDADE DO REFRIGERANTE :

PROPORCIONADO PELO AUMENTO DO DIÂMETROMENOR PERDA DE PRESSÃO NO EVAPORADORMAIOR ACÚMULO DE ÓLEOMENOR CAPACIDADE DE TROCA DE CALOR NO EVAPORADOR

EFEITOS CONTRÁRIOS : ↑↑↑↑ v OU ↓↓↓↓ Psuc

DISTRIBUIDOR NA ALIMENTADISTRIBUIDOR NA ALIMENTA ÇÃÇÃO E DESCARGA EM COLETOR O E DESCARGA EM COLETOR

A) ÚNICA ALIMENTAÇÃO : MAIOR PERDA DE PRESSÃO

B) DISTRIBUIDOR E COLETOR : MENOR PERDA DE PRESSÃO

SELEÇÃO: ∆∆∆∆ T = ( TAR_IN - TEV )

ABAIXO DO PONTO DE CONGELAMENTO

5,5 A 6,5 °C

ACIMA DO PONTO DE CONGELAMENTO

APLICAÇÃO ∆∆∆∆ T

CÂMARAS DE CONGELADOSTUNEIS DE CONGEL.

BAIXA UMIDADE 11 A 17 °C

UMIDADE ELEVADA 2,2 A 4,4 °C

Custo Total

Custo Inicial

Custo Energia de compressão

AEVAP

$

TEV = TAR-in - ∆∆∆∆T

∆T

VARIAVARIA ÇÃÇÃO DE CAPACIDADE DE EVAPORADORES O DE CAPACIDADE DE EVAPORADORES

VARIAÇÃO DA VAZÃO DE REFRIGERANTE ⇒⇒⇒⇒ VARIAÇÃO VELOCIDADE

REDUÇÃO DA CARGA TÉRMICA ⇒⇒⇒⇒↓↓↓↓ VAZÃO DO REFRIGERANTE;

↓↓↓↓ VELOCIDADE DO REFRIGERANTE

CONSEQUÊNCIAS :RETENÇÃO DE ÓLEO ( POUCO ARRASTE );

USO DE SIFÃO COM DIÂMETRO MENOR OU TUBOS INTERNAM ENTE DIVIDIDOS :

EVAPORADOR

SIFÃO

LINHA DE SUCÇÃO

PrPróóximo Tximo Tóópico:pico:

CONDENSADORES / UNIDADES CONDENSADORAS:

TIPOSSELEÇÃO

TORRES DE RESFRIAMENTO:

TIPOSSELEÇÃO

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