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    Refrigerao e Ar-CondicionadoParte II

    Ciclo de Compresso, Balano de EnergiaTrocadores de Calor, Dispositivos de Expanso

    Prof. Luiz Carlos Martinelli Jr. - DeTEC.

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    SUMRIO

    INTRODUO...............................................................................................................................................3

    CICLO TERICO SIMPLES ........................................................................................................................3

    CICLO REAL SIMPLES................................................................................................................................4

    BALANO DE ENERGIA PARA O CICLO.................................................................................................5

    CAPACIDADE FRIGORFICA DO CICLO ( 0Q& ).....................................................................................................5

    POTNCIA TERICA DO COMPRESSOR ( CW& ) ...................................................................................................6

    FLUXO DE CALOR REJEITADO NO CONDENSADOR ( CW& )..................................................................................7

    VLVULA DE EXPANSO ................................................................................................................................7COEFICIENTE DE EFICCIA DO CICLO (/ COP) ..............................................................................................8TROCADOR DE CALOR INTERMEDIRIO ...........................................................................................................8

    PARMETROS QUE INFLUENCIAM A EFICCIA () DO CICLO DE REFRIGERAO ...............................................8Influncia da temperatura de vaporizao na eficcia do ciclo........ ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 9Influncia da temperatura de condensao na eficcia do ciclo ............ ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 11Influncia do sub-resfriamento do lquido na eficcia do ciclo......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 11

    Influncia do superaquecimento til na eficcia do ciclo ............ ...... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 13

    COMPONENTES DO SISTEMA DE REFRIGERAO...........................................................................14

    TROCADORES DE CALOR..............................................................................................................................14Condensadores........................................................................................................................................ 14

    O processo de condensao........................................ ............................... ................................ ............................ 15Tipos de Condensadores.......................................................................................................................................16

    Evaporadores ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .21O Processo de Evaporao.......... ............................... ............................... ................................ ............................ 22Classificao dos Evaporadores ............................ ............................... ............................... ................................ ..22Tipos de Evaporadores .............................. ................................ ............................... ............................... .............25Sistemas de Expanso Direto e Indireto........................... ................................ ............................... ....................... 27Coeficiente Global de Transmisso de Calor .............................. ............................... ............................... .............28

    DISPOSITIVOS DE EXPANSO ........................................................................................................................28Tubo Capilar ........................................................................................................................................... 28

    Seleo do Tubo Capilar.................. ............................... ................................ ............................... ....................... 30Vlvulas de Expanso....................................................................................... .......................................32

    Vlvulas de Expanso Manuais........................ ............................... ............................... ................................ .......32Vlvulas de Expanso Automticas............................ ............................... ................................ ............................ 33Vlvulas de Expanso de Bia .............................. ............................... ............................... ................................ ..33Vlvulas de Expanso Eletrnicas................................... ................................ ............................... ....................... 35Vlvulas de Expanso Termostticas.......................... ............................... ................................ ............................ 35

    BIBLIOGRAFIA...........................................................................................................................................39

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    IntroduoEste item trata dos ciclos termodinmicos de refrigerao por compresso de vapor. Inicialmente definir-

    se- o ciclo terico simples de refrigerao e a seguir ser feito uma anlise do ciclo real comparativamente ao cicloterico. Dado o objetivo do assunto, trataremos aqui somente de ciclos de refrigerao por compresso de vapor,tendo por base compressores alternativos, centrfugos, rotativos, etc.

    No nos deteremos em definies rigorosas da termodinmica neste caderno, entretanto, certas definiesdevem ser abordadas, pelo menos simplificadamente, para que possamos com base slidas estudar o ciclo derefrigerao real, que nos fornecer mtodos adequados para o projeto e manuteno dos sistemas de refrigerao.

    Ciclo Terico SimplesUm ciclo trmico real qualquer deveria ter para comparao o ciclo de Carnot, por ser este o ciclo de maiorrendimento trmico. Entretanto, dado as peculiaridades do ciclo de refrigerao por compresso de vapor definiu-seum outro ideal em que, o ciclo real mais se aproxima, e portanto, torna-se mais fcil comparar o ciclo real com esteciclo ideal. Este ciclo ideal aquele que ter melhor eficcia operando nas mesmas condies do ciclo real.

    O ciclo terico simples de refrigerao por compresso de vapor mostrado na Figura 1 construdo sobreum diagrama de Mollier no plano P-h. A figura 03 um esquema bsico com os componentes principais de umsistema frigorfico suficientes, teoricamente, para obter o ciclo indicado na Figura 2.

    Os dispositivos indicados na Figura 2 representam genericamente qualquer equipamento que consigarealizar o processo especfico.

    Figura 1- Ciclo Terico Simples de Refrigerao por Compresso de Vapor

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    Figura 2 - Esquema do Sistema de Refrigerao com os Equipamentos Bsicos

    Os processos termodinmicos que constituem o ciclo terico, em seus respectivos equipamentos so:

    a) Processos 1-2, que ocorre no compressor (que pode ser um compressor alternativo, centrfugo de parafuso etc.) um processo adiabtico reversvel, e neste caso, a compresso ocorre, ento, a entropia (S) constante, ou seja,S1=S2, como mostra a Figura 1. O refrigerante entra no compressor presso do evaporador (P0) e com ttulo X=1.O refrigerante ento comprimido at atingir a presso de condensao, e neste estado, ele est superaquecido comtemperatura T2, que maior que a temperatura de condensao (TC).

    b) Processo 2-3, que ocorre no condensador (que pode ser condensao a gua ou ar, em conveco forada ounatural), um processo de rejeio de calor do refrigerante par ao meio de resfriamento desde a temperatura T 2desada do compressor at a temperatura de condensao (TC) e a seguir rejeio de calor na temperatura TC at quetodo vapor tenha-se tornado lquido saturado na presso de condensao (Pc).

    c) Processo 3-4, que ocorre na vlvula de expanso, uma expanso irreversvel a entalpia constante desde apresso Pc e lquido saturado (X=0), at atingir a presso do evaporador P0. Observe-se que o processo irreversvel, e portanto, a entropia (S) do refrigerante ao deixar a vlvula de expanso (S4) maior que a entropia dorefrigerante ao entrar na vlvula (S3).

    d) Processo 4-1, que ocorre no evaporador um processo de transferncia de calor a presso constante (P0),conseqentemente a temperatura constante (T0), desde vapor mido no estado 4 at atingir o estado de vaporsaturado seco (X=1). Observe-se que o calor transferido ao refrigerante no evaporador no modifica a temperatura

    do refrigerante, mas somente muda o seu estado.

    Ciclo Real Simples

    As diferenas principais entre o ciclo real e o ciclo ideal simples por compresso de vapor esto mostradosna Figura 3, abaixo.

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    Figura 3 - Diferenas entre o Ciclo Real e o Terico Simples

    Uma das diferenas entre o ciclo real e o terico a queda de presso nas linhas de descarga, lquido e desuco assim como no condensador e no evaporador. Estas perdas de carga Pde PSesto mostrados na Figura 3.Outra diferena o sub-resfriamento do refrigerante na sada do condensador (na maioria dos sistemas). Osuperaquecimento na suco com finalidade de evitar a entrada de lquido no compressor (obrigatrio emcompressores alternativos) um processo muito importante. Outra diferena importante quanto ao processo decompresso ao compressor, que no ciclo real um processo de compresso politrpico (S1S2), no lugar do processoisoentrpico do ciclo ideal. Devido a esta diferena, a temperatura de descarga do compressor (T2) pode ser muitoelevada, tornando-se um problema com relao aos leos lubrificantes usados em compressores frigorficos,obrigando a um resfriamento forado do cabeote do compressor (normalmente com R-22 e R-717). Muitos outrosproblemas de ordem tcnica dependendo do sistema e das caractersticas de operao, podem introduzir diferenassignificativas alm das citadas at aqui.

    Balano de Energia para o CicloO balano de energia do ciclo de refrigerao feito considerando-se o sistema operando em regime

    permanente, nas condies de projeto, ou seja temperatura de condensao (TC) e temperatura de vaporizao(T0). O sistema real e ideal tm comportamento idnticos tendo o real apenas um coeficiente de eficcia inferior aociclo ideal. A anlise do ciclo ideal nos permitir, de forma simples. Verificar quais parmetros tm influncia nocoeficiente de eficcia do ciclo.

    Capac idade Frigorfica do C icl o ( 0Q& )

    A capacidade frigorfica (Q0) a quantidade de calor por unidade de tempo retirada do meio que se querresfriar (produto) atravs do evaporador do sistema frigorfico. Para o sistema operando em regime permanentedesprezando-se a variao de energia e potencial, da primeira lei da termodinmica, temos: (ver Figura 4)

    ( )& &Q0 = m h hf 1 4

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    Figura 4 - Volume de Controle aplicado ao evaporador e a indicao doprocesso 4-1 no diagrama de Mollier P-h

    Q0 a capacidade frigorfica (diferente de carga trmica) do ciclo operando com temperatura Tce T0emkcal/h para mfem kg/h e entalpia especfica h1e h4 em kcal/kg. O fluxo de massa de refrigerante (mf) deve sermantido pelo compressor. Normalmente se conhece a capacidade frigorfica que deve ter o sistema de refrigerao,

    que deve ser igual a carga trmica, se estabelecermos o ciclo frigorfico que deve operar o sistema podemosdeterminar o fluxo de massa (mf) e conseqentemente o compressor (es) necessrio (s) ao sistema.A quantidade de calor retirado por um quilo de refrigerante atravs do evaporador chamada de EFEITO

    FRIGORFICO (E. F.), isto :

    E.F.= h1- h4

    Potnc ia Teric a do Compressor ( CW& )

    Chama-se de potncia terica do compressor a quantidade de energia na unidade de tempo, que deve serfornecida ao refrigerante, pelo compressor, para que ele passe do estado 1, na suco do compressor, para o estado2, descarga do compressor, sendo este processo isoentrpico. Aplicando-se a primeira lei da termodinmica em

    regime permanente e desprezando-se a variao de energia cintica e potencial tm-se: (ver Figura 5)

    Figura 5 - Processo de Compresso isoentrpico no compressor.

    ( )12 hhmW fc =

    A equao acima fornece a potncia, em (kcal/h) teoricamente necessria para que o fluxo de refrigerante(mf), em (kg/h), que entra no compressor passe do estado 1 ao estado 2. Para se obter Wc em kW basta dividir aequao dada por 860, ou seja:

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    ( )

    86012 hhm

    W f

    c

    = , em kW

    Fluxo de Calor Rejei tado no Cond ensador ( CW& )

    Da mesma maneira que fizemos para o evaporador, a quantidade de calor por unidade de tempo a serrejeitada no condensador para o sistema operando em regime permanente nas temperaturas TCe T0 calculado pelaequao abaixo (ver Figura 6)

    QC = mf(h2-h3)

    Figura 6 - Volume de Controle sobre o Condensador e sua representao no Diagrama de Mollier.

    Assim o condensador a ser especificado para o sistema de refrigerao deve ser capaz de rejeitar o fluxo decalor dado pela equao dada acima.

    Vlv u la de Expanso

    Na vlvula de expanso, que pode ser de vrios tipos, o processo adiabtico (ver Figura 7), e neste caso,aplicando-se a primeira lei da termodinmica, desprezando-se a variao de energia cintica e potencial temos:

    Figura 7 - Volume de Controle sobre a Vlvula de Expanso e sua representaono Diagrama de Mollier.

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    Coefi cien te de Eficcia do Cic lo (/ COP)

    O coeficiente de eficcia (ou COP) um parmetro importante na anlise das instalaes frigorficas.Embora o coeficiente de eficcia do ciclo real seja sempre menor que o do ciclo ideal para as mesmas condies deoperao podemos com o ciclo ideal verificar quais os parmetros que o influenciam assim como o grau deinfluncia de cada parmetro. O coeficiente de eficcia definido como segue:

    = = =

    ENERGIA util

    ENERGIA gasta

    Q

    W

    h h

    h hC

    0 1 4

    2 1

    Pode-se inferir da equao acima que para o ciclo ideal a eficcia funo somente das propriedades dorefrigerante, conseqentemente, do refrigerante das temperaturas de condensao e vaporizao como ser mostradomais adiante. Para o ciclo real, entretanto, o desempenho depender em muito das propriedades na suco docompressor e deste, assim como dos demais equipamentos.

    O coeficiente de eficcia () deve ser sempre maior que 01 (um). Quanto mais prximo de 01, pior.

    Trocador d e Calor Interm edirio

    Alguns sistemas frigorficos utilizam trocadores de calor que resfriam o lquido sado do condensador com

    o vapor que se dirige para o compressor, vindo do evaporador. (ver Figura 8). O lquido saturado no estado 3 vindodo condensador, resfriado at atingir o ponto 3 pelo vapor que sai do evaporador no estado 1, que por sua vez seaquece at atingir o estado 1, de vapor superaquecido. Aplicando-se a primeira lei da termodinmica ao trocador eadmitindo-se que o processo adiabtico, temos:

    h3 - h3 = h1- h1

    Figura 8 - Esquema frigorfico com trocador de calor intermedirio e sua representao no Diagrama de Mollier

    Comparando com ciclo ideal de compresso de vapor, o ciclo com trocador de calor intermedirio vantajoso devido ao aumento do efeito frigorfico (h1 - h4). Tanto a capacidade frigorfica quanto o coeficiente deeficcia () parece melhor com o trocador intermedirio, o que nem sempre verdade devido maior temperaturade suco.

    O trocador de calor intermedirio interessante em situaes onde o vapor aspirado pelo compressor deva

    ser superaquecido para evitar a entrada de lquido no compressor. Outra razo de ordem prtica para o uso dotrocador de calor o sub-resfriamento do lquido vindo do condensador com o fim de evitar formao de bolhas devapor de refrigerante, que poderiam dificultar o escoamento pela vlvula de expanso.

    Parmetr os que Influ enc iam a Eficcia () do Cic lo de Ref r iger ao

    Vrios parmetros influenciam a eficcia do ciclo de refrigerao. A seguir analisaremos a influncia decada um deles separadamente.

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    Influncia da temperatura de vaporizao na eficcia do cicloPara ilustrar o efeito que a temperatura de vaporizao (T0) tem sobre a eficcia do ciclo vamos considerar

    um conjunto de ciclos em que somente a temperatura de vaporizao alterada (a temperatura de condensao mantida constante). Estes ciclos esto mostrados na Figura 9. Nesta anlise usou-se o refrigerante-22 tpico desistemas de ar-condicionado.

    Lembrando-se que o calor sempre transmitido da temperatura maior para a menor, para que um ambienteseja mantido a baixas temperaturas, o evaporador (onde ocorre a vaporizao do refrigerante) deve estar a umatemperatura abaixo da do ambiente.

    O processo ocorre quando o sistema de refrigerao funciona continuamente, abaixando a temperatura dacmara de refrigerao, do interior da geladeira, por exemplo. Note-se que a temperatura de vaporizao pode serfacilmente controlada por meio de instrumentos de automao.

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    Figura 9 - Influncia da Temperatura de Vaporizao no Coeficiente de Eficcia do Ciclo ()

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    Influncia da temperatura de condensao na eficcia do cicloAssim como no caso da temperatura de vaporizao, a influncia da temperatura de condensao

    mostrada num conjunto de ciclos onde apenas se altera a temperatura de condensao (TC).

    Figura 10 - Influncia da Temperatura de Condensao no Coef. de Eficcia do Ciclo ( )

    Esta anlise mostrada na Figura 10. Observe-se que para a mesma variao de temperatura (TC) (15C)em relao a temperatura de vaporizao (T0), a vaporizao da eficcia no caso da temperatura de condensao TC menor que no caso da variao de T0.

    Influncia do sub-resfriamento do lquido na eficcia do cicloDe forma idntica aos dois casos anteriores a Figura 11 mostra a influncia do sub-resfriamento do lquido

    aps sair do condensador no aumento da eficcia. Observe-se, tambm que a variao bem menor que nos doiscasos anteriores.

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    Figura 11 - Influncia do Sub-Resfriamento do Lquido no Coef. de Eficcia do Ciclo ()

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    Influncia do superaquecimento til na eficcia do cicloQuando o superaquecimento do refrigerante ocorre retirando calor do meio que se deseja resfriar,

    chamamos a este Superaquecimento til. A Figura 12mostra a influncia deste superaquecimento na eficcia dociclo. Quando este superaquecimento no realizado atravs de um trocador de calor intermedirio, normalmentepar ao sistema completo h uma diminuio da eficcia ao contrrio do que est mostrado na figura abaixo.

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    Figura 12 - Influncia do Superaquecimento no Coeficiente de Eficcia do Ciclo ()

    Isto se deve ao fato que o superaquecimento aumenta o volume especfico do refrigerante na entrada docompressor e este desloca uma massa menor que deslocaria caso no existisse o superaquecimento. Este efeito deaumento de volume especfico na diminuio do fluxo de massa mais sensvel que o efeito - frigorfico. Quandoanalisaremos a eficincia do compressor teremos oportunidade para esta verificao.

    Componentes do Sistema de Refrigerao

    Trocadores de Calor

    CondensadoresCondensador so os elementos do sistema de refrigerao que tm a funo de transformar o gs quente,

    que descarregado do compressor a alta presso, em lquido. Para isso, rejeita o calor contido no fluido refrigerantepara alguma fonte de resfriamento.

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    O processo de condensaoAo ser admitido no condensador, o fluido refrigerante est no mesmo estado que na descarga do

    compressor, ou seja, gs quente a alta presso. Como em um sistema de refrigerao o objetivo evaporar orefrigerante (para resfriar retirar calor de um ambiente e/ou produto), o refrigerante no estado gasoso deve sercondensado antes de retornar ao evaporador.O processo de condensao do fluido refrigerante se d ao longo de um trocador de calor, denominado condensador,

    em trs fases distintas que so:

    1. Dessuperaquecimento;2. Condensao e3. Sub-Resfriamento.

    Dessuperaquecimento

    O gs, quando descarregado do compressor, est a alta temperatura. O processo inicial, ento, consisteem abaixar esta temperatura, retirando calor sensvel do refrigerante, ainda no estado gasoso, at ele atingir atemperatura de condensao ( Figura 13).

    Dessuperaquecimento

    Figura 13 Dessuperaquecimento em um ciclo de refrigerao

    Condensao

    Quando o gs atinge a temperatura de condensao, ele comea um processo de mudana de estado. Nesteprocesso retira-se calor latente do refrigerante, i.e., a temperatura deste mantm-se constante durante todo oprocesso (Figura 14).

    Condensao

    Figura 14 Condensao em um ciclo de refrigerao

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    Sub-Resfriamento

    Aps a condensao o refrigerante, agora no estado lquido (lquido saturado), resfriado de mais algunsgraus, utilizando-se para isso um trocador de calor intermedirio (ver Trocador de Calor Intermedirio, pgina 8).Na Figura 15 pode-se visualizar o sub-resfriamento indicado em um diagrama de Mollier.

    Sub-Resfriamento

    Figura 15 Sub-Resfriamento em um ciclo de refrigerao

    no condensador que toda a energia absorvida pelo sistema de refrigerao, mais o equivalente em calorda energia mecnica necessria ao funcionamento do sistema devem ser eliminados. Para cada tonelada derefrigerao (200 BTU/min ou 50,4 kcal/min) de capacidade do sistema, preciso remover no condensador at 300BTU/min. A quantidade depende das presses de suco e descarga e do tipo de refrigerante. Na mdia, ossistemas so projetados para eliminar 250 BTU/min para cada 200 BTU/min de capacidade de refrigerao.

    Tipos de CondensadoresOs tipos de condensadores comumente usados em sistemas de refrigerao so:

    1. Condensadores de casco e tubos (shell and tube), Figura 16;2. Condensadores de casco e serpentina (shell and coil), Figura 17;3. Condensadores de tubos duplos (Figura 18);4. Condensadores atmosfricos (Figura 19);5. Condensadores evaporativos (Figura 20 e Figura 21) e6. Condensadores resfriados a ar (Figura 22).

    A utilizao de um ou outro tipo de condensador depender, dentre muitas variveis, das condies deprojeto, da localizao do condensador, da reutilizao ou no do calor rejeitado.Para a escolha de um condensador deve-se ter em mente alguns parmetros, a saber:

    1. O condensador deve possuir uma superfcie de transferncia de calor suficiente para condensar o vapor enviado

    at o estado lquido;2. O condensador deve ser projetado para presses e temperaturas razoveis, pois o processo normalmente assimrealizado;

    3. O condensador deve ter tamanho suficiente para armazenar o vapor refrigerante comprimido pelo compressor.Antes de se condensar, o vapor ocupa um volume bem definido, este volume pode ser diminudo pelo aumento dapresso, mas um aumento da presso significa um aumento da potncia requerida para fazer funcionar o sistema.Quando um condensador tem superfcie suficiente, normalmente ele tambm tem volume suficiente. Deve-se tercuidado quando se escolhem condensadores com superfcies aletadas, pois isso indica rea suficiente paraeliminao de calor sem o volume necessrio.

    4. O condensador deve ainda ter espao suficiente para que o lquido refrigerante condensado se separe do vapor eseja drenado para o reservatrio de lquido.

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    Condensadores Shell and Tube

    Um condensador do tipo shell and tube ou de casco e tubo (Figura 16), consiste de uma carcaacilndrica, na qual instalada uma determinada quantidade de tubos horizontais e paralelos, conectados a duasplacas de tubos dispostas em ambas as extremidades. Nos condensadores menores, a carcaa pode ser um tubo

    comum, mas, nos maiores, usam-se carcaas soldadas. As chapas de tubos, geralmente com espessura de 1 ou 1, so soldadas carcaa (casco) e perfuradas para receber os tubos. Os tubos, com as extremidades retificadas oupolidas, so inseridos nos respectivos furos das chapas de tubos e suas extremidades so soldadas ou trefiladas demodo a manter uma junta estanque ao gs. O gs refrigerante flui dentro da carcaa, em volta dos tubos, ao passoque a gua passa dentro dos tubos.

    Figura 16 Condensador Casco e Tubos

    Condensadores Shell and CoilSo semelhantes aos condensadores de casco e tubo. Consistem de uma carcaa que contm uma

    serpentina de circulao de gua. No possuem flanges removveis (como nos de casco e tubo) e a limpeza da guas pode ser feita por meios qumicos. No caso de vazamento na serpentina, toda ela tem que ser substituda.

    So normalmente usados para capacidades menores, i.e., potncias fracionrias.

    Figura 17 Condensador de Serpentina e Casco

    Condensadores Duplo Tubo

    O condensador de duplo tubo (Figura 18) tem o tubo de gua dentro do tubo de refrigerante. O refrigerantepassa pelo espao entre os dois tubos, enquanto que a gua bombeada pelo tubo interior. A gua flui em direooposta do refrigerante, ficando a gua mais fria em contato com o refrigerante mais frio e a gua mais quente em

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    contato com o refrigerante mais quente, evitando-se choques trmicos. So utilizados para onde o refrigerante aamnia, utilizam-se tubos de ao, com dimetros de geralmente 1 para o interno e 2para o externo.Embora o princpio da contracorrente, possibilitado por esse tipo de condensador, d um boa utilizao da guadisponvel, o grande nmero de conexes e juntas necessrias em grandes instalaes aumenta a possibilidade devazamentos. Esses condensadores so difceis de se limpar e no fornecem espao suficiente para a separao degs e lquido.

    Por essas razes, eles no so muito usados em instalaes modernas de grande porte. Algumas unidadespequenas so utilizadas em instalaes recentes, tendo que ser, porm, limpas quimicamente. Em caso devazamento, toda a unidade deve ser substituda.

    Figura 18 Condensadores de tubos duplos

    Condensadores Atmosfricos

    O condensador atmosfrico (Figura 19), j foi muito popular em grandes instalaes de amnia, porm estcaindo em desuso. Ele construdo com muitos trechos de tubulao, geralmente de ao de 2de dimetro, tendo o

    vapor de amnia fluindo dentro dos tubos. A gua de resfriamento distribuda por uma calha de suprimento que aderrama sobre a superfcie externa dos tubos. Da mesma forma que nas torres de resfriamento, o resfriamento umacombinao da evaporao de parte da gua com o aquecimento do restante. Como a gua deve correr para baixo,em alguns modelos, o gs de refrigerante quente introduzido pela parte de baixo, para se obter um efeito decontracorrente, causando alguns problemas na drenagem do lquido condensado das unidades.

    Alguns condensadores eram equipados com sangradores, i.e., pequenas linhas conectadas s pontas de cadatrecho para sangrar o refrigerante condensado. Esse tipo de condensador hoje em dia muito pouco usado, devidoa problemas de incrustaes e de algas e devido ao grande espao ocupado para uma dada capacidade.

    Figura 19 Esquema de um Condensador Atmosfrico

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    Condensadores Evaporativos

    Os condensadores evaporativos combinam as funes de condensador e de torre de resfriamento. Consistede um invlucro que contm uma seo de ventilador, separador de gotas, serpentina de condensao dorefrigerante, reservatrio de gua, vlvula de bia e a bomba de pulverizao do lado de fora do invlucro. Abomba de pulverizao circula a gua do reservatrio, no fundo da unidade, para os bicos de pulverizao, sobre aserpentina do refrigerante. Os ventiladores foram a passagem do ar pela serpentina e pela gua que est sendo

    pulverizada sobre a serpentina. O calor do refrigerante transmitido atravs das paredes da serpentina gua quepassa sobre ela. O ar remove o calor da gua, pela evaporao de parte dela. Os separadores de gotas impedem quegotculas de gua sejam levadas pelo ar.

    Figura 20 Condensadores Evaporativos

    Esse tipo de condensador possibilita, ainda, o uso de serpentinas de sub-resfriamento e de pr-resfriamento.Definindo:1. Serpentina de sub-resfriamento uma serpentina auxiliar colocada abaixo da serpentina principal. Orefrigerante lquido drenado do condensador para o receptor e canalizado atravs da serpentina de sub-resfriamento, a caminho do lado de baixa presso do equipamento. A serpentina retira algum calor do refrigerantelquido e ajuda a reduzir o volume de gs desprendido.

    2. Serpentina de pr-resfriamento uma serpentina separada do sistema, usada em algumas unidades para retirar ocalor de compresso do gs refrigerante antes que ele chegue serpentina de asperso. Esta serpentina dimensionada de modo a retirar calor suficiente para que o refrigerante se resfrie at prximo da temperatura decondensao. Isto ajuda a reduzir a incrustao na serpentina e a reduzir a umidade relativa do ar que sai daunidade.

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    Figura 21 Esquema de um Condensador Evaporativo

    interessante observar que, a capacidade de um condensador evaporativo depende da extenso da rea daserpentina, da quantidade de ar que passa por ela e da temperatura de bulbo mido do ar que entra na unidade. Ocalor total a ser retirado funo da temperatura de bulbo mido. Este calor representado pela soma do calorsensvel e do calor latente do ar temperatura dada de bulbo mido. Determinando-se a temperatura de bulbomido do ar que entra na unidade e do ar que sai dela, o calor total nesses dois pontos pode ser determinado. Oacrscimo de calor total devido ao calor cedido pelo refrigerante que se condensa e representa a capacidade do

    condensador. Quanto mais baixa a temperatura de bulbo mido do ar de entrada, tanto maior a capacidade docondensador.Alm da temperatura, um fator importante para esse tipo de condensador a rea de troca de calor. H

    muitos anos tm sido usadas serpentinas tanto de tubos como aletadas. O tubo liso apresenta alguma vantagemprincipalmente na facilidade de limpeza, porm, mais volumoso e pesado para uma dada capacidade. A serpentinaaletada pode funcionar mesmo sob condies adversas de qualidade da gua, sendo esta convenientemente tratada.Apresenta tambm a vantagem de ter capacidade suficiente para operar como condensador seco quando atemperatura do ar est abaixo de zero.

    Em se tratando de climas muito frios, onde a temperatura chega muitas vezes abaixo de zero, algunscuidados devem ser tomados para assegurar o bom funcionamento dos condensadores, a saber:1. Uma bomba e uma tomada de gua separadas podem ser instaladas na casa de mquinas ou outro ambienteaquecido. A gua do condensador pode fluir para essa tomada interna.2. Aquecedores eltricos ou a vapor podem ser instalados no receptculo de gua.

    3. Por meio de defletores, pode-se recircular uma parte do ar aquecido da descarga pelo condensador.Fora esses cuidados, para uma boa operao destes equipamentos, h necessidade de uma manuteno preventivacomo:1. Lubrificar apropriadamente os mancais do eixo e do motor do ventilador e os mancais da bomba;2. As correias do ventilador devem ser revisadas periodicamente para localizar desgaste e ajustar a tenso;3. O reservatrio de gua deve ser drenado e limpo a intervalos predeterminados;4. Os bocais de asperso devem ser inspecionados e limpos;5. Pontos incipientes (que esto comeando) de ferrugem ou corroso devem ser limpos e pintados;6. As serpentinas devem ser inspecionadas periodicamente para detectar formao de incrustaes.

    SELEO DE CONDENSADORES EVAPORATIVOSPara a seleo de um condensador evaporativo, necessrio:

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    1. Determinar a capacidade do compressor, ou seja, o calor absorvido pelo evaporador;2. Determinar a temperatura de bulbo mido do local da instalao;3. Calcular a quantidade total de calor a ser dissipado (Frmula)Q = Qcp+ Qmonde:Qcp= capacidade frigorfica do compressor (kcal/h)

    Qm= calor do motor do compressor, ou seja,Qm= 642.(potncia do motor - BHP) ou Qm= 860. (kW do motor)

    4. Aps a determinao do valor de Q, deve-se entrar na Tabela 1 para se obter o fator de correo, em funo datemperatura de bulbo mido do local da instalao frigorfica.5. O fator de correo deve ser multiplicado pelo valor de Q j obtido:

    Qcd= Q . Fc6. Com o resultado Qcd, deve-se entrar em tabelas de dados tcnicos para seleo do equipamento.

    Tabela 1 Fatores de correo de capacidade para os gases R-12, R-22 e R-502Temperatura de Bulbo mido (C)Temp. de

    condensao (C) 18 20 22 24 26 28 3030 1,59 1,85 2,22 2,83 - - -

    35 1,07 1,18 1,31 1,49 1,70 2,12 2,9140 0,80 0,85 0,91 0,98 1,09 1,24 1,4345 0,61 0,64 0,68 0,72 0,77 0,83 0,91

    Condensador a Ar

    O condensador a ar (Figura 22) utilizado para unidades de refrigerao com potncia fracionria, e.g.,refrigeradores domsticos e comerciais.Por proporcionarem economia, pois no precisam de tubulao de gua como os condensadores resfriados a gua,por no tomarem muito espao e ainda, dependendo da situao, poderem se utilizar apenas da transmisso de calorpor conveco natural, so muito utilizados em pequenas e mdias instalaes. Hoje, com o custo crescente da guae as restries ao seu uso, a utilizao desse tipo de condensador tem sido ampliada para instalaes de grandeporte.

    Figura 22 Condensadores resfriados a Ar

    EvaporadoresEvaporador a parte do sistema de refrigerao onde o fluido refrigerante sofre uma mudana de estado,

    saindo da fase lquida para a fase gasosa. chamado, s vezes, de serpentina de resfriamento, resfriador da unidade,serpentina de congelamento, congelador, etc.

    Embora o evaporador seja s vezes um dispositivo muito simples, ele realmente a parte mais importantedo sistema. Qualquer sistema de refrigerao projetado, instalado e operado com o nico fim de retirar calor dealguma substncia. Como esse calor tem que ser absorvido pelo evaporador, a eficincia do sistema depende doprojeto e da operao adequada do mesmo.

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    A eficincia do evaporador em um sistema de refrigerao depende de trs principais requisitos, que devemser considerados no projeto e seleo do mesmo:

    1. Ter uma superfcie suficiente para absorver a carga de calor necessria, sem uma diferena excessiva detemperatura entre o refrigerante e a substncia a resfriar.2. Deve apresentar espao suficiente para o refrigerante lquido e tambm espao adequado para que o vapor do

    refrigerante se separe do lquido.3. Ter espao suficiente para a circulao do refrigerante sem queda de presso excessiva entre a entrada e a sada.

    O Processo de EvaporaoAps passar pela vlvula de expanso, o fluido refrigerante admitido no evaporador na forma lquida.

    Como a presso no evaporador baixa, o fluido refrigerante se evapora com uma temperatura baixa. No ladoexterno do evaporador h um fluxo de fluido a ser refrigerado (gua, soluo de etileno-glicol, ar, etc.), Figura 23.

    Como a temperatura desse fluido maior que a do refrigerante, este se evapora. Aps todo o refrigerantese evaporar, ele sofrer um acrscimo de temperatura denominado superaquecimento.

    Figura 23 Funcionamento Evaporador

    Classificao dos EvaporadoresOs evaporadores so classificados de vrias formas, sendo as mais comuns:

    1. Tipo de alimentao do lquido;2. Superfcie de troca de calor.

    Segundo o tipo de alimentao do lquido, os evaporadores so divididos em evaporadores secos ouinundados. O evaporador inundado disposto com um tanque ou tambor compensador localizado acima daserpentina, de modo que o interior do evaporador permanea inundado com refrigerante. Pode Ter ainda duasconfiguraes, com recirculao por gravidade (Figura 24 e Figura 25) ou por bomba (Figura 26).

    Figura 24 Evaporador Inundado

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    Figura 25 Circuito inundado com recirculao por gravidade

    Figura 26 Circuito inundado com recirculao por bomba

    O evaporador seco (Figura 27 e Figura 28), ttulo que no esclarece bem o sistema, possui um dispositivode controle do refrigerante que admite apenas a quantidade de lquido suficiente para que ele seja totalmenteevaporado at atingir a sada da serpentina. Todo refrigerante sai da serpentina em estado seco, i.e., como vaporseco.

    Figura 27 Evaporador Seco de Superfcie Primria

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    Figura 28 Circuito com expanso seca

    Segundo a superfcie de troca de calor, os evaporadores so classificados em evaporadores de superfcieprimria e de superfcie estendida.

    Os evaporadores de superfcie primria so feitos apenas de canos ou tubos lisos (Figura 27) e osevaporadores de superfcie estendida tambm so feitos de canos ou tubos lisos mas possuem extenses dasuperfcie feitas de chapas ou placas metlicas ou ondulaes fundidas ou usinadas na superfcie da tubulao(aletas), Figura 29 e Figura 30.

    Figura 29 Esquema de um Evaporador de Superfcie Estendida

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    Figura 30 Evaporadores de Superfcie Estendida

    Uma grande vantagem dos evaporadores de superfcie estendida que os mesmos oferecem uma superfciede contato (de troca de calor) com a substncia que deve ser resfriada muito maior do que os evaporadores de tuboslisos. So utilizados geralmente para o resfriamento de ar ou outros gases.

    Tipos de EvaporadoresUm tipo de evaporador o evaporador de serpentina de placas. O mesmo feito de lminas planas de

    metal interligadas por curvas de tubo soldadas a placas contguas. Pode ser feita tambm de placas rebaixadas ouranhuras e soldadas entre si, de modo que as ranhuras formem uma trajetria determinada ao fluxo do refrigerante(Figura 31). So mais comumente utilizadas como serpentinas de prateleiras em congeladores. O refrigerantecircula atravs dos canais e o produto a congelar colocado entre as placas (Figura 32).

    Esse tipo de evaporador pode ser produzido pelo sistema Roll-Bond, ou seja: tomam-se duas chapas de alumnio, imprime-se nas mesmas canais em grafite com o formato desejado; faz-se a unio das chapas por caldeamento a 500C (o caldeamento no ocorre nos pontos onde h grafite); os canais so expandidos sob uma presso de 150 atm, retirando de dentro todo o grafite e deixando o formatodos canais.

    Evaporadores de placa construdos em alumnio pelo sistema Roll-Bond tem um Coeficiente Global de

    Transmisso de Calor (K) entre 5 e 7 kcal/h.cm, tendo ainda um espao de aproximadamente 30mm entre os canais.Os evaporadores possuem ainda, junto aos canais, um acumulador de suco. O acumulador umaextenso do evaporador que tem como objetivo receber as variaes de carga e assegurar que o refrigerante noestado lquido no atinja o compressor. Em um evaporador Roll-Bond, esse acumulador tem a forma de umacolmeia que representa de 15 a 20% do volume do evaporador (Figura 33).

    Figura 31 Evaporadores de Placas

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    Figura 32 Evaporadores de Placas Conformadas

    Figura 33 Evaporador Rool-Bond com acumulador de suco

    Um segundo tipo de evaporadores o evaporador tubular, Figura . O mesmo utilizado normalmenteem ar condicionado e assemelha se, em aparncia, ao condensador tubular e a outros trocadores de calor. Esse tipode evaporador usado para resfriar gua

    Nesta construo, a gua flui pelos tubos do resfriador, ao passo que o refrigerante lquido que circunda a superfcieexterna dos tubos se evapora ao absorver calor da gua.

    Figura 34 Evaporador tubular

    Um terceiro tipo de evaporador o evaporador de Baudelot. O mesmo um evaporador que resfria olquido at prximo de seu ponto de congelamento. Os modelos primitivos possuam uma srie de tubos, uns porcima dos outros. O lquido a resfriar escorre, numa fina pelcula, por fora dos tubos, e o refrigerante circulava pordentro deles. Os modelos mais modernos utilizam chapas estampadas e corrugadas de ao inoxidvel (Figura 35),com as ondulaes servindo de passagem para o refrigerante. O ao inoxidvel oferece uma superfcie higinica e

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    de fcil limpeza. Alm disso, a superfcie contnua permite melhor controle da distribuio do lquido. Qualquercongelamento que ocorra no tem efeito sobre a placa.

    Figura 35 Evaporador de Baudelot

    Sistemas de Expanso Direto e IndiretoUm sistema de serpentina de expanso direta (dx) um mtodo direto de refrigerao em que o evaporador

    est em contato direto com o material ou espao a refrigerar ou se localiza em passagens de circulao de ar que secomunicam com esse espao. O evaporador de um sistema direto pode incluir qualquer tipo de trocador de calor,como serpentinas de tubos, resfriadores tubulares, serpentinas aletadas ou qualquer dispositivo no qual umrefrigerante primrio, como amnia, Freon ou dixido de carbono, seja circulado e evaporado com a finalidade deresfriar qualquer material em contato direto com a superfcie oposta do trocador de calor.

    Ao contrrio desse sistema, est o sistema indireto: o refrigerante evaporado na serpentina do evaporador,

    que est imerso em um tanque de salmoura. A salmoura, um refrigerante secundrio, ento circulada para asserpentinas das cmaras frigorficas para resfri-las, em lugar da serpentina que contm o refrigerante primrio.

    A distino entre um sistema de expanso direto e outro sistema qualquer no est no tamanho ou formatodo equipamento de transferncia de calor, mas no processo de transferncia empregado: ou pelo processo de calorlatente, atravs da evaporao do refrigerante primrio, ou pelo processo do calor sensvel, com um refrigerantesecundrio (Figura 36).

    Figura 36 Comparao do sistema de expanso direta com o indireto

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    Coeficiente Global de Transmisso de CalorOs valores do coeficiente global de transmisso de calor (K) podem variar como segue:

    DescrioK

    (kcal/m.h.C)Evaporador tubular inundado 244,15 732,45Resfriador de salmoura tubular afogado 146,49 488,30Evaporador de gua seco tubular, com Freon nos tubos, gua na carcaa 244,15 561,55Evaporador Baudelot, gua, inundado 488,30 976,6Evaporador Baudelot, gua, seco 292,98 732,45Evaporador de tubo duplo, gua 244,15 732,45Evaporador de tubo duplo, salmoura 244,15 610,38Evaporador de serpentina e carcaa 48,83 122,08Evaporador de gua, tubular de asperso 732,45 1220,75

    Dispo sit ivo s de Expanso

    Tubo CapilarOs tubos capilares normalmente so aplicados em sistemas de refrigerao de pequeno porte, como:

    condicionadores de ar residenciais, refrigeradores domsticos, vitrines para refrigerao comercial, freezers,bebedouros de gua, etc.

    Figura 37 Tubo Capilar

    O capilar, Figura 37, um dispositivo de expanso e, como tal, tem duas finalidades: reduzir a presso dorefrigerante lquido e regular a quantidade (vazo) da mistura lquido/gs que entrar no evaporador, baseado noprincpio de que uma massa de refrigerante no estado lquido passar mais facilmente atravs de um capilar que amesma massa de refrigerante no estado gasoso.

    Consequentemente, se o vapor do refrigerante no condensado entra no capilar, o fluxo de massa serreduzido, permitindo ao refrigerante mais tempo de resfriamento no condensador.

    Por outro lado, se refrigerante lquido tende a acumular-se no condensador, a presso e a temperaturaaumentaro, resultando em um aumento do fluxo de massa de refrigerante.

    A reduo de presso deve-se frico do gs no interior do capilar. A diferena de presso desejada pode

    ser obtida combinando-se os valores do dimetro interno e comprimento do capilar, alm da presso, a vazotambm ser alterada. Note que quanto maior a frico maior ser a diferena de presses (condensao evaporao). Um aumento na frico pode ser obtido com aumento no comprimento e/ou diminuio no dimetrointerno do capilar. Uma excessiva restrio no capilar ocasionar redues no fluxo de refrigerante ao evaporador erendimento do compressor.

    Uma vez definido o capilar adequado, so estabelecidos testes para se obter homogeneidade nas suascaractersticas durante o fornecimento. A inspeo dimensional se torna cara e ineficiente, visto as variaes nodimetro e rugosidade interna ao longo do comprimento do capilar, que influem em seu desempenho. O testenormalmente usado a medio da vazo de nitrognio, submetido a uma presso predeterminada, atravs docapilar.

    Quando se utiliza o capilar em um sistema de refrigerao, devem ser tomados cuidados adicionais noprocessamento do sistema. A presena de umidade, resduos slidos ou o estrangulamento do componente poderoocasionar obstruo parcial ou total na passagem do refrigerante atravs do capilar, prejudicando o desempenho do

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    equipamento. A principal vantagem em sua utilizao constitui-se no fato de que, mesmo com a parada docompressor, o refrigerante continua fluindo atravs do capilar at a equalizao das presses do lado de alta e debaixa, permitindo a utilizao de motor com torque normal de partida.

    importante observar que apesar dos sistemas de refrigerao serem compostos por poucos elementos,estes no atuam isoladamente, alteraes em um deles ter reflexos no desempenho do sistema. O capilar dimensionado para aplicao em condies predeterminadas de operao do sistema, portanto, variaes em

    temperatura de condensao ou carga trmica reduzem a eficincia operacional do mesmo.A carga de gs refrigerante fator importante no desempenho do sistema que utiliza tubo capilar, adefinio da carga de gs deve ser dentro de limites estreitos. Muitas vezes as conseqncias do excesso ou falta decarga de gs so atribudas ao capilar, mesmo que ele esteja corretamente dimensionado.

    CONSEQUNCIAS DO DIMENSIONAMENTO DE CARGA INADEQUADO

    Carga insuficiente: conduzem a baixas temperaturas de evaporao com utilizao parcial do evaporadore capacidade frigorfica menor, visto que o retorno do gs ser menor que a capacidade de bombeamento docompressor.

    Carga excessiva: resultar em presso de condensao excessiva, sobrecarga do compressor, maiorpresso de evaporao e risco de retorno de lquido ao compressor. Em compressores sem capacitor de partidaresultar em no partida ou abertura do protetor trmico.

    Deve-se tomar extremo cuidado no armazenamento dos componentes do sistema. Estes devem ser plugadose somente abertos momentos antes de sua utilizao, evitando a obstruo do capilar por resduos, o quecomprometeria o bom funcionamento do sistema.

    Na Figura 39 e na Figura 39, relaciona-se duas situaes que podem ocorrer a partir de uma seleo de tubocapilar.

    Figura 38 - Primeira situao na seleo de Tubo Capilar

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    Figura 39 Segunda situao na seleo de Tubo Capilar

    Seleo do Tubo CapilarExistem estudos aprofundados e softwares para a determinao do tubo capilar, onde se apresentam

    diversas variveis para o seu clculo, concluindo que os valores definitivos do capilar so obtidos por tentativas.

    Os trabalhos sobre capilares so concludos, em sua maioria, com a apresentao de bacos obtidos a partirde experimentos.

    A experincia tem demonstrado que a utilizao dos bacos, permite uma predeterminao de capilarescom rapidez e certa exatido.

    Com o mesmo objetivo, o de facilitar a escolha do capilar para um sistema, apresentamos a seguir tabelasde capilares em funo da capacidade frigorfica.

    Estes capilares devero ser analisados quando aplicados ao sistema de refrigerao, sendo consideradoscomo ponto de partida para os ensaios. Assim, se um tubo instalado no sistema com comprimento maior que onecessrio e resulta em temperatura de evaporao menor que a desejada, pode-se cort-lo sucessivamente at aobteno da condio de equilbrio do projeto.

    Tabela 2 Seleo de Tubo Capilar para GS R-12

    Temperatura de Evaporao (C)+7,2 -6,7 -23,3

    Capacidade(BTU/h)

    L D L D L D200-300 - - - - 3,0 0,6

    300-400 - - - -2,82,2

    0,60,6

    400-500 - - 3,6 0,71,82,8

    0,60,7

    500-600 - -3,44,0

    0,70,8

    2,63,4

    0,70,8

    600-700 - -3,93,6

    0,80,8

    3,22,8

    0,80,8

    700-800 - -3,42,7

    0,80,8

    2,62,2

    0,80,8

    800-9002,92,4

    0,80,8

    2,42,2

    0,80,8

    1,84,9

    0,81,0

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    900-10002,25,0

    0,81,0

    1,84,7

    0,81,0

    4,64,3

    1,01,0

    1000-11004,84,4

    1,01,0

    4,54,1

    1,01,0

    3,83,1

    1,01,0

    1100-12004,23,6

    1,01,0

    3,93,4

    1,01,0

    3,02,6

    1,01,0

    1200-13003,43,1

    1,01,0

    3,22,9

    1,01,0

    2,45,0

    1,01,2

    1300-14003,02,6

    1,01,0

    2,72,2

    1,01,0

    4,84,3

    1,21,2

    1400-15002,45,2

    1,01,2

    5,44,9

    1,21,2

    4,13,7

    1,21,2

    1500-16004,94,6

    1,21,2

    4,74,2

    1,21,2

    3,63,3

    1,21,2

    1600-17004,33,9

    1,21,2

    4,03,7

    1,21,2

    3,12,9

    1,21,2

    1700-18003,93,6

    1,21,2

    3,63,4

    1,21,2

    2,82,6

    1,21,2

    1800-19003,53,2

    1,21,2

    3,33,0

    1,21,2

    2,52,3

    1,21,2

    1900-2000

    3,1

    2,8

    1,2

    1,2

    2,9

    2,4

    1,2

    1,2

    2,2

    2,0

    1,2

    1,2

    2000-25002,65,3

    1,21,5

    2,24,8

    1,21,5

    1,83,9

    1,21,5

    2500-30005,13,6

    1,51,5

    4,63,4

    1,51,5

    3,72,4

    1,51,5

    3000-40003,42,2

    1,51,5

    3,24,8

    1,51,8

    2,33,7

    1,51,8

    4000-50002,03,4

    1,51,8

    4,63,2

    1,81,8

    3,54,2

    1,82,0

    5000-60003,23,6

    1,82,0

    3,02,2

    1,81,8

    - -

    7000 2,8 2,0 2,4 2,0 - -8000 2,9 2,2 2,7 2,2 - -9000 2,4 2,2 2,2 2,2 - -10000 3,6 2,5 3,0 2,5 - -11000 2,8 2,5 2,4 2,5 - -

    L= comprimento em metros (m) D= dimetro interno em milmetros (mm)

    CONSIDERAEStemperatura de condensao: 54Ccomprimento de troca de calor entre capilar e suco: 1,2mcapilar para sistema com R-134a: como o R-134a possui um efeito refrigerante superior ao R-12, reduz-se o fluxode massa requerido para uma dada capacidade, Consequentemente, o tubo capilar precisa Ter seu dimetro internodiminudo ou o comprimento acrescido de 10 a 20% em relao ao mesmo capilar usado com R-12,

    Tabela 3 - Seleo de Tubo Capilar para GS R-22

    Temperatura de Evaporao (C)

    +7,2 -6,7Capacidade(BTU/h)L D L D

    1400-1600 - -5,04,6

    1,01,0

    1600-1800 - -4,53,9

    1,01,0

    1800-2000 - -3,63,0

    1,01,0

    2000-30003,64,2

    1,01,2

    2,83,5

    1,01,2

    3000-40004,02,3

    1,21,2

    3,35,4

    1,21,5

    4000-50002,13,6

    1,21,5

    5,23,2

    1,51,5

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    5000-60003,42,4

    1,51,5

    3,02,1

    1,51,5

    7000 3,9 1,8 3,3 1,88000 2,4 1,8 3,4 2,09000 3,3 2,0 - -10000 2,4 2,0 - -12000 3,6 2,2 - -14000 2,2 2,2 - -16000 3,0 2,5 - -18000 2,1 2,5 - -

    L= comprimento em metros (m) D= dimetro interno em milmetros (mm)

    CONSIDERAEStemperatura de condensao: 54C

    Tabela 4 - Seleo de Tubo Capilar para GS R-502

    Temperatura deEvaporao (C)

    -23.3Capacidade

    (BTU/h)

    L D1000-2000 3,5

    2,81,21,2

    2000-3000 3,02,3

    1,61,6

    3000-4000 3,02,0

    1,81,8

    4000-5000 3,53,0

    2,02,0

    L= comprimento em metros (m) D= dimetro interno em milmetros (mm)

    CONSIDERAES

    temperatura de condensao: 54C

    Capilar para sistemas com R-404A: como o R-404A possui efeito refrigerante superior ao R-502, reduz-se ofluxo de massa requerido para uma dada capacidade. Conseqentemente, o tubo capilar precisa ter seu comprimentoaumentado de at 15% ou o dimetro interno diminudo, em relao ao mesmo capilar usado com o R-502.

    Vlvulas de Expanso um dispositivo que tem a funo de controlador de maneira precisa a quantidade de refrigerante que

    penetra no evaporador.Os principais tipos de vlvulas de expanso so:

    1. Vlvula Manual;2. Vlvula Automtica;3. Vlvula de Bia;4. Vlvula Eltrica;5. Vlvula Termosttica.

    Vlvulas de Expanso ManuaisSo vlvulas de agulha acionadas a mo, Figura 40. A quantidade de refrigerante que passa atravs do

    orifcio da vlvula depende da abertura da vlvula que ajustvel manualmente. Sua maior vantagem asimplicidade e baixo preo e a sua maior desvantagem a sua inflexibilidade. utilizada em grandes sistemas,como vlvula de bypass (desvio), paralelamente s vlvulas automticas, para assegurar o funcionamento dosistema em caso de falha destas, ou durante consertos. Alguns sistemas de controle de evaporador inundadotambm usam vlvulas manuais para dar carga ao sistema e para controle do nvel de lquido. Neste caso, existeuma chave de bia e uma vlvula solenide como controle preferencial de comando.

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    Figura 40 Vlvula de Expanso Manual

    Vlvulas de Expanso AutomticasAsVlvulas de Expanso Automticas, Figura 41 ,se destinam a manter uma presso de suco maior e

    constante no evaporador, independente das variaes de carga de calor.So vlvulas de funcionamento muito preciso. Uma vez bem reguladas mantm praticamente constante a

    temperatura do evaporador, da serem utilizadas quando se deseja um controle exato de temperatura.

    Figura 41 Vlvula de Expanso Automtica

    Funcionam da seguinte maneira: quando o compressor comea a trabalhar, diminui a presso dorefrigerante no evaporador. Isso faz com que a agulha da vlvula se abra, permitindo a entrada de refrigerante noevaporador. Enquanto o compressor est funcionando, a vlvula automtica mantm uma presso constante noevaporador. Quando o compressor pra, a presso do refrigerante no evaporador comea a elevar-se imediatamente.Esse aumento de presso faz com que a agulha de vlvula se feche.

    Assim que o compressor deixa de funcionar, importante que a vlvula se feche, para evitar que penetremuito refrigerante lquido no evaporador, pois o mesmo poderia vazar at a linha de suco. necessrio, portanto,regular a presso em que a vlvula deve se fechar, de acordo com a temperatura em que o compressor se desliga.Isso se faz pelo parafuso de ajuste. Por esse motivo, toda vez que se mudar a regulagem do controle de temperatura,deve-se tambm ajustar a vlvula automtica.

    Esse tipo de vlvula tem seu emprego maior em sistemas em que as cargas so relativamente constantes eem sistemas com uma nica serpentina de evaporador. Um dos fabricantes de vlvulas utiliza o princpio dos tuboscapilares com as vlvulas de expanso automticas, fazendo com que o refrigerante percorra um longo caminho emespiral (semelhante rosca de parafuso) depois de ultrapassar o assento da vlvula, reduzindo, assim, a eroso, adeformao do assento e a tendncia de alimentao em excesso sob condies de carga reduzida.

    Vlvulas de Expanso de BiaExistem dois tipos de vlvulas de expanso de bia: 1) vlvula de expanso de bia do lado de baixa

    presso e 2) vlvula de expanso de bia do lado de alta presso.

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    Vlvula de Bia do lado de Baixa Presso

    Essencialmente, a vlvula de bia do lado de baixa presso um recipiente oco, esfrico ou com outroformato, ligado por alavancas e articulaes a uma vlvula de agulha, Figura 42. Ela mantm o lquido noevaporador a um nvel predeterminado. Quando o refrigerante evaporado, o nvel de lquido se reduz, baixando abia. A articulao de ligao abre a vlvula, admitindo mais refrigerante. Ento, quando o nvel de lquido sobeat o ponto necessrio, a bia erguida, fechando a vlvula de agulha.

    Esse tipo de vlvula de expanso oferece um controle muito bom, mantendo o nvel adequado derefrigerante independentemente de variaes de carga, perodos sem carga, condies da carga e outras variveis deoperao. Qualquer nmero de evaporadores pode funcionar em um mesmo sistema, pois cada vlvula flui apenas aquantidade de refrigerante necessria para o seu prprio evaporador.

    As vlvulas de bia devem ser escolhidas em funo do refrigerante especfico que vai ser usado, devido diferena de densidade entre os diversos refrigerantes. Uma vlvula dimensionada para um dos refrigerantes maispesados, como R-12 ou R-22, precisaria ter uma bia menor e mais pesada do que a de uma vlvula construda paraamnia. Alm disso, as presses no sistema durante o descongelamento tm que ser consideradas, pois altaspresses podem levar imploso da prpria bia.

    Figura 42 Vlvula de Expanso de Bia de Baixa Presso

    Tem como principais problemas, vazamentos devidos corroso ou falha nas juntas soldadas. A bia podeimplodir em razo de altas presses, como dito anteriormente. A agulha, o assento ou ambos podem desgastar-se,permitindo o vazamento contnuo de refrigerante. Em ambos os casos, ela permitir a passagem do refrigerantecontinuamente e o seu retorno ao compressor. A bia pode operar de maneira incorreta, devido ebulio dorefrigerante. Nestes casos, o conjunto da bia localizado em uma cmara separada.

    Vlvula de Bia do lado de Alta PressoA vlvula de bia do lado de alta presso, Figura 43, contm os mesmos elementos da do lado de baixapresso: a bia, a transmisso articulada e a vlvula de agulha. A diferena em relao de baixa presso est emsua localizao no lado de alta presso do sistema e no fato de que a vlvula aberta quando o nvel de lquidoaumenta.Ela instalada abaixo do condensador e transfere o refrigerante lquido para o evaporador to logo ele condensado, mas no permite a passagem de vapor no condensado. Isto requer que a maior parte da carga derefrigerante no sistema se localize no evaporador.

    Como a vlvula de bia do lado de alta presso normalmente d passagem a todo o refrigerante lquido quechega a ela, no seria praticvel instalar essa bia em um sistema de evaporador com circuitos mltiplos emparalelo, pois no haveria maneira de assegurar distribuio adequada do refrigerante.

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    Figura 43 Vlvula de Expanso de Bia de Alta Presso

    Vlvulas de Expanso EletrnicasA vlvula de expanso eletrnica, mostrada esquematicamente na Figura 44, utiliza um termistor para

    detectar a presena de refrigerante lquido na sada do evaporador. Quando no ocorre a presena de lquido, a

    temperatura do termistor se eleva, o que reduz sua resistncia eltrica, permitindo uma corrente maior peloaquecedor instalado na vlvula. A vlvula assim aberta, permitindo um maior fluxo de refrigerante.Uma das aplicaes da vlvula de expanso eletrnica em bombas de calor, onde a vazo de refrigerante invertida quando da mudana de resfriamento para aquecimento. Uma vez que o controle independente daspresses do refrigerante, a vlvula pode operar em qualquer sentido.

    O ponto de fixao da saturao do refrigerante controlado pela localizao do termistor em pode serdeslocado de um ponto para outro pelo uso de mais de um termistor, que pode ser ligado ou desligado conformeexigncia. O termistor pode ser usado para controlar o nvel de lquido num acumulador de suco ou transmissorde corrente, para assegurar o controle do evaporador, inundando-o ou semi-inundando-o com gs de suco seco queretorna para o compressor.

    Figura 44 Esquema da Vlvula de Expanso Eltrica

    Vlvulas de Expanso Termostticas

    A vlvula de Expanso Termosttica (tambm conhecida por Vlvula de Expanso Trmica e Vlvula deSuperaquecimento) , basicamente, uma vlvula de expanso automtica com a caracterstica adicional de ter umdispositivo que corrige a quantidade de lquido a ser evaporado na serpentina de modo que esta corresponda cargano evaporador, Figura 45.

    Na mesma, a fora necessria para o seu acionamento obtida do superaquecimento do estado gasoso dorefrigerante no evaporador por meio de um sensor de temperatura (tambm chamado de elemento de fora) emlugar da mola com parafuso de ajustagem, Figura 46.

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    Figura 45 Vlvula de Expanso Termosttica

    Figura 46 Princpio de Funcionamento da V. E. Termosttica

    Para explicar o funcionamento da Vlvula detalhadamente, utilizaremos a Figura 47.

    47 Exemplo do Funcionamento da V. E. Termosttica

    Com o evaporador funcionando a 2,6 kgf/cm, usando se refrigerante R-4,4C. Enquanto restar algum lquido no evaporador, a temperatura da mistura refrigerante mais gs permanecer

    calor do produto ou do ar que est sendo resfriado. Num ponto prximo sada da serpentina, onde est localizado

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    O bulbo remoto, em contato ntimo com a linha de suco, assume a mesma temperatura. Como o bulbo e a-temperatura do refrigerante usado, a presso dentro

    seja, 3,28 kgf/cm. Esta presso ser exercida no lado superior do diafragma. Contudo, esta fora equilibrada pelaC de

    superaquecimento requeridos. Nesta con(ou diminuio no refrigerante) aumentar o superaquecimento e a presso no lado superior do diafragma, fazendocom que ele abra a vlvula, admitindo mais refrigerante no evaporador.no refrigerante reduzir o superaquecimento e a presso superior no diafragma, deixando a mola atura a vlvula nadireo de fechamento. Nas condies de funcionamento, a vlvula atinge uma situao de equilbrio, emvazo do refrigerante equilibra a carga trmica.

    Observe-superaquecimento de 5,6C e dimensionada de modo que seja necessrio um superaquecimento adicional de 2,2C

    5,6C. De um modo geral, quanto maior a ajustagem do superaquecimento, tanto mais baixa a capacidade doevaporador, pois uma parte maiovlvula.

    O superaquecimento deve ser ajustado para dar passagem ao refrigerante em quantidade suficiente para

    aproveitar a superfcie do evaporador sem permitir que o refrige

    Figura 45 Figura 47Interno, respectivamente. Equalizador uma abertura ou conexo feita para que a presso do evaporador seja transmitida parte

    evaporador relativamente curta e a queda de presso ao longo dela pequena, recomenda se o uso de umequalizador interno. Geralmente, se a queda de presso ao longo da serpentina passa de 0,35 kgf/cm, nas condies

    -se usar um equalizador externo para assegurarcomparao entre equalizador interno e externo dada na Figura .

    Observe-ser feita no conector existente no prprio corpo da vlvula, 45. A outra extremidade da linha deve ser

    Figura 48 Comparao do equaliza

    Finalmente, para se escolher uma vlvula de expanso termosttica correta, deve-sob as quais ela ir funcionar. Estas so:

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    1.2. Tipo e tamanho das conexes de entrada e sada;3.4. Possvel necessidade de um equalizador externo;

    Refrigerante usado no sistema.

    Conhecidas todas essas condies, a vlvula, com a capacidade necessria, pode ser escolhida em umOs catlogos de fabricantes mostram geralmente a capacidade de refrigerao associada vazo que avlvula pode manter. Para proporcionar uma reserva de capacidade, a maioria dos fabricantes apresenta uma

    % da proporcionada pela vazo mxima da vlvula.

    ser calculada pela seguinte frmula:

    PCAmf

    = ..2.. & (kg/s)

    onde A a rea do orifcio da vlvula (m), C uma constante emprica que depende da razo entre o dimetro doorifcio e do dimetro de entrada da vlvula, P a diferena de presso entre a entrada e a sada do refrigerante(Pa) e a massa especfica do refrigerante ao entrar na vlvula.

    Embora o refrigerante que deixa a vlvula de expanso seja uma mistura de lquido e vapor, a equao dadaacima se aplica somente ao lquido, uma vez que o processo de vaporizao inicia-se aps a passagem pela vlvula.A vlvula de expanso termosttica deve operar em uma faixa de temperatura de vaporizao bastante

    larga. Assim, uma vlvula de baixa temperatura de vaporizao, e.g., no deve somente controlar a vazo derefrigerante na temperatura do projeto, como tambm deve alimentar o evaporador convenientemente durante osperodos transitrios de reduo de temperatura do sistema.

    A Figura 49 mostra o comportamento da capacidade frigorfica de uma vlvula de expanso termostticatpica, em funo da temperatura de condensao e vaporizao.

    Figura 49 Capacidade Frigorfica da Vlvula Termosttica Fligor TADX-15

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