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Tipos de Condensadores...

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1. TIPOS DE CONDENSADORES Os condensadores são classificados basicamente em 3 tipos:

2.1.

•

Condensadores resfriados a ar

•

Condensadores resfriados a água

•

Condensadores evaporativo

Condensadores resfriados a ar É o condensador mais difundido nas instalações de refrigeração, sendo normalmente

utilizados com parte integrante de unidades produzidas em fábricas (unidades condensadoras) de pequena ou média capacidade. Trata-se de um tubo com aletas em seu exterior, que dissipam o calor ao ambiente, à exceção das unidades domésticas que como são pequenas permitem que a circulação do ar se faça por convecção natural, nas instalações maiores se faz necessário a instalação de um ou mais ventiladores para forçar a circulação de grandes quantidades de ar no interior das aletas e assim realizar a condensação do vapor refrigerante. Esses ventiladores têm como finalidade aumentar a sua área de troca de calor, fazendo com que o ar seja forçado entre as aletas com a ação de micro ventiladores e coifas, e assim promover a troca de calor com o fluido refrigerante no interior dos tubos. Figura 1 - Troca de calor do condensador resfriado a ar. Fonte: Stoecker (2002).

São fáceis de instalar, de baixo custo de manutenção, não requerem água e não apresentam perigo de congelamento em tempo frio. Todavia é necessário um suprimento adequado de ar fresco, eles devem ser instalados elevados, com relação ao nível do solo, para prevenir acumulação de sujeira sobre as serpentinas. É recomendado garantir em todos os casos que existam aberturas adequadas e livres de qualquer obstrução para entrada de ar frio e para a saída do ar quente. As entradas de ar devem ser localizadas longe do lado de descarga do ar para evitar a aspiração de ar quente pelos

ventiladores (curto-circuito do ar). Comparado com um condensador resfriado a água, o sistema a ar requer uma diferença maior de temperatura entre o refrigerante e o ar externo (14° a 16 ºC) mais quente do que o ar externo).Embora essa característica os torne menos eficientes em termos energéticos, seu projeto simples permite baixos custos de instalação e manutenção. Por essa razão é que a grande maioria dos equipamentos residenciais utilizam condensadores a ar. A causa principal dos defeitos dos compressores nesses aparelhos está no arranjo muito próximo entre as aletas retendo muita poeira, sujeira, pelos, etc. Se não forem limpos regularmente passam a trabalhar com pressões e temperaturas de descarga muito elevadas. Quando o espaço o permite, os condensadores podem ser fabricados com uma fileira de tubos, todavia, para obter um tamanho mais compacto, se constroem normalmente com uma área frontal relativamente pequena e várias fileiras de tubos sobrepostos à largura. O ar ao ser forçado através do condensador absorve calor e eleva sua temperatura. Por consequência, diminui a eficácia de cada fileira subsequente na serpentina, de todo modo, são frequentemente empregadas serpentinas de até oito fileiras de profundidade.

2.2.

Condensadores resfriados a água Os condensadores resfriados a água utilizam-se de uma corrente de água para realizar

a transferência de calor necessária para condensar a substância que entra no equipamento. Para tal processo, essa classe de condensadores se utiliza de três etapas para transferência de calor: 1. O calor é transferido do vapor, ou gás, que entra no condensador para a água que circula através do mesmo; 2. A água é transferida de dentro do condensador para fora do mesmo, através de uma tubulação e bomba que o levam para a torre de resfriamento; 3. A torre de resfriamento rejeita o calor da água para o ar externo. Apesar de ter um sistema de condensação mais caro e que exige maior manutenção, se comparado com os condensadores resfriados a ar, os condensadores resfriados a água apresentam uma melhor eficiência energética. Existem quatro tipos principais de condensadores resfriados a água, são estes: condensadores de casca e tubo, condensadores de placa, condensadores de duplo tubo, e condensadores de casca e serpentina.

2.2.1. Condensadores de casco e tubo Consistem de uma carcaça cilíndrica, onde são instalados tubos horizontais e paralelos, conectados a duas placas dispostas em ambas extremidades. O gás ou vapor a ser condensado flui dentro da carcaça, em volta dos tubos, enquanto a água passa dentro dos tubos. São a versão de maior capacidade dos condensadores resfriados por água, com capacidade variando de 10 a 100.000 TR (1 TR = 12.000 BTU/h). Figura 2 – Representação de um condensador de casco e tubo.

2.2.2. Condensadores de casco e serpentina Semelhantes aos condensadores de casco e tubo, os condensadores de casca e serpentina consistem de uma carcaça que contém uma serpentina de circulação de água. De modo geral, neste tipo de condensador o gás ou vapor a ser condensado flui dentro da carcaça, enquanto a água passa pelos tubos da serpentina. Entretanto, quando este tipo de condensador é utilizado para condensação da água no processo de destilação, o vapor a ser condensado percorre os tubos, enquanto a água percorre a carcaça, de maneira inversa a sua forma mais utilizada de funcionamento. São utilizados em equipamentos com capacidade de 20 a 60 TR e sua limpeza é realizada através da utilização de produtos químicos, uma vez que não há como desmontar a serpentina.

Figura 3 – Representação de um condensador de casco e serpentina.

2.2.3. Condensadores de duplo tubo O condensador de duplo tubo consiste de dois tubos concêntricos. O gás ou vapor a ser condensado percorre o espaço entre os dois tubos, enquanto a água percorre o tubo interior. A água e o gás/vapor fluem em direções opostas. São utilizados em equipamentos com capacidade de 5 a 20 TR, e são condensadores difíceis de se limpar fisicamente, sendo a limpeza química utilizada. Figura 4 – Representação de um condensador de duplo tubo.

2.2.4. Condensadores de placas Neste tipo de condensador, a água e o gás/vapor a ser condensado fluem em correntes opostas em espaços alternados formados pela associação das placas. Sua utilização vem crescendo, devido ao alto coeficiente global de transferência de calor que proporcionam (2500 a 4500 W/m2.oC), entretanto não são muito usados em escala industrial.

Figura 5 – Representação de um condensador de placas.

2.3.

Condensadores evaporativos Semelhantemente aos condensadores resfriados por água, os evaporativos transferem

primeiro o calor para a água e, a seguir, da água para o ar externo. No entanto ele combina a função da torre de resfriamento e do condensador num só componente. A água do condensador evapora diretamente sobre os tubos do condensador. Cada libra de água evaporada remove aproximadamente 1.000 BTUs do refrigerante que flui nos tubos. O ar de descarga do condensador, que contém o vapor de água, é rejeitado para fora e ar novo é aspirado para substituí-lo. Podem ser instalados externamente para permitir o acesso direto do ar externo e internamente, desde que o ar externo e o ar de descarga sejam dutados. Figura 6 – Representação de um condensador evaporativo.

2. COMPARAÇÃO DE CONDENSADORES Os parâmetros utilizados para a comparação de condensadores incluem a diferença de temperatura do fluido resfriado e do fluido resfriador, área de transferência de calor, fluxo

volumétrico por tonelada de refrigeração, velocidade do fluido e potência da bomba que circula o fluxo. Esses parâmetros estão dispostos na tabela a seguir. Tabela 1 – Tabela de comparação entre condensadores resfriados a ar e a água.

Parâmetro

Resfriados a Ar

Resfriados a Água

Diferença de temperatura (Tc – Tcool)

6 a 22 ℃

6 a 12 ℃

Fluxo volumétrico de fluido resfriante por TR

12 a 20 m3/min

0,007 a 0,02 m3/min

Área de transferência de calor por TR

10 a 15 m2

0,5 a 1,0 m2

Velocidade da face do fluido

2,5 a 6 m/s

2 a 3 m/s

Potência da bomba por TR

75 a 100 W

-

O condensador resfriado a ar tem as vantagens de não necessitarem de tubulações, a poluição causada por tais equipamentos é baixa e os custos de manutenção também são reduzidos. Porém, a desvantagem desses equipamentos que utilizam o ar como fluidos resfriadores é que o calor específico do ar é aproximadamente um quarto o valor da água e a sua densidade é um milésimo da água, a vazão volumétrica de ar requerido para que haja uma equivalência entre as trocas de calor de ambos os equipamentos é muito grande. Também podemos contabilizar que a condutividade térmica e o coeficiente de transferência de calor são mais baixos no ar em comparação com a água. A temperatura do ar ao entrar no condensador é a temperatura de bulbo seco, enquanto a água é fornecida a uma temperatura mais baixa, que corresponde a aproximadamente 2 a 3 graus Celsius acima da temperatura de bulbo úmido. O aumento de temperatura do ar então é maior do que a da água, como podemos ver na tabela. Assim, o condensador fica mais aquecido e o coeficiente de performance é diminuído. Os condensadores resfriados a ar são limitados a 10 TR (toneladas de refrigeração), mesmo que a potência da turbina indique que o equipamento pode operar a até 15 TR. Isso mostra a quantidade de eficiência que é perdida por esta problemática da transferência de calor. Se compararmos o preço de fabricação dos dois tipos de condensadores, os condensadores resfriados a ar custam entre 2 a 3 vezes mais do que os resfriados a água. Os condensadores resfriados a água requerem uma torre de resfriamento para a água, que deve ser reciclada e não pode ser jogada de volta na fonte de onde foi retirada (rios e lagos), porque pode afetar o biossistema local. A área de transferência baixa e os custos de manutenção são os principais problemas desse tipo de condensador.

A escolha do tipo de condensador deve depender de uma série de fatores intrínsecos ao processo produtivo, situação financeira da indústria, condições locais de disponibilidade de energia elétrica e/ou água, umidade relativa da região onde será utilizado o equipamento, dentre outros fatores. A recomendação geral é que o condensador resfriado a ar seja utilizado em casos onde não se tem água disponível com facilidade ou a água disponível não é limpa o suficiente e se a umidade relativa do ar for alta durante épocas quentes do ano. A utilização de condensadores resfriados a água é recomendada em situações opostas as descritas anteriormente....