8_evaporadores, serpentina de ar e resfriadores de líquido

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



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



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.



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.



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.



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.



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



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



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



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.



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.



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);



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).



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.



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.



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



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



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



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;



• 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).



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.

8_evaporadores, serpentina de ar e resfriadores de líquido

Documents