O que é evaporador no sistema de resfriamento

O evaporador é o componente de um sistema de refrigeração onde ocorre o processo crucial de absorção de calor. Posicionado estrategicamente no lado de baixa pressão, serve como ponte entre o dispositivo de expansão e o compressor. Sua função é facilitar a transformação do refrigerante do estado líquido para o gasoso, absorvendo o calor do ambiente que se pretende resfriar.

A função central de um evaporador

No centro da operação do evaporador está a transferência de calor do espaço ou produto a ser resfriado para o refrigerante. À medida que o refrigerante líquido sai da válvula de expansão, ele entra no evaporador e começa a “ferver”, um termo que descreve a evaporação do refrigerante. Esta mudança de fase, provocada pelo ambiente de baixa pressão do evaporador, permite que o refrigerante absorva o calor de forma eficiente, fazendo com que ele vaporize a uma temperatura inferior à do espaço de resfriamento.

O processo evaporativo não apenas retira calor latente do refrigerante, mas também reduz significativamente sua temperatura. Isso resulta em uma serpentina do evaporador resfriada, que atua como interface de resfriamento para o sistema de refrigeração. A eficácia deste processo é crítica para manter a temperatura desejada no espaço refrigerado e garantir que o sistema opere dentro dos parâmetros projetados.

Tipos de evaporadores

Com base nos tipos de evaporadores e no modo de transferência de calor listados, é evidente que o projeto e a operação de um evaporador são escolhidos para atender melhor aos requisitos específicos da aplicação. Aqui está uma breve visão geral dos tipos mencionados:

De acordo com o tipo de construção

Evaporador de bobina de tubo desencapado: De design simples, são usados ​​em aplicações onde o risco de incrustação é baixo. Eles consistem em bobinas feitas de tubos nus e geralmente são menos eficientes na transferência de calor em comparação com outros tipos.

Evaporador de placas: Compreende uma série de placas metálicas com refrigerante fluindo entre elas. Este tipo é conhecido por sua alta eficiência de transferência de calor e é comumente usado em sistemas compactos.

Evaporador de casca e bobina: Consiste em uma grande carcaça com um tubo enrolado em seu interior, através do qual flui o refrigerante. O fluido secundário envolve a bobina dentro do invólucro.

Evaporador de tubo aletado: Possui tubos que possuem aletas fixadas em suas superfícies externas para aumentar a superfície de contato com o ar, aumentando a eficiência da transferência de calor. Eles são comumente encontrados em sistemas de ar condicionado.

Evaporador de casco e tubo: O tipo mais utilizado, principalmente em aplicações industriais, consiste em um invólucro contendo vários tubos através dos quais o refrigerante flui, conforme discutido anteriormente.

Evaporador tubo em tubo: Consiste em um tubo dentro de outro com o refrigerante fluindo no tubo interno e o fluido secundário no espaço entre o tubo interno e externo.

De acordo com o modo de transferência de calor

Convecção natural: Depende da circulação natural do refrigerante devido às diferenças de densidade que surgem das mudanças de temperatura. Este modo não requer bombas ou ventiladores externos para mover o refrigerante.

Convecção forçada: Utiliza meios externos, como bombas ou ventiladores, para circular o refrigerante e aumentar a taxa de transferência de calor. Este método é mais eficiente e normalmente é usado quando são necessárias taxas mais altas de troca de calor.

Otimizando o desempenho do evaporador em refrigeração

Para que um evaporador opere com desempenho máximo dentro de um sistema de refrigeração, certas condições ideais devem ser atendidas:

1. Área de superfície maximizada: O evaporador deve possuir a maior área de superfície possível que possa ser resfriada de forma consistente. Esta maximização garante que haja amplo espaço para absorção de calor, melhorando assim a eficiência da transição de fase do refrigerante de líquido para vapor.
2. Circulação de ar (líquido) aprimorada: A circulação de ar (líquido) eficaz e rápida ao redor do evaporador é essencial. Manter as superfícies do evaporador limpas e livres de gelo garante que a unidade possa trocar calor sem quaisquer barreiras isolantes que possam impedir o desempenho.
3. Diferencial de temperatura ideal: Manter uma diferença de temperatura de 8°C a 10°C entre o refrigerante e o ar ao redor do evaporador facilita a transferência eficiente de calor sem sobrecarregar o sistema.
4. Pressão de sucção elevada: Uma pressão de sucção mais alta dentro do evaporador se correlaciona com um aumento de capacidade e maior eficiência da unidade de condensação, permitindo que o sistema tenha um desempenho ideal.
5. Gerenciamento de umidade controlada: O evaporador deve ser projetado para minimizar a extração de vapor de água. Ao fazer isso, o sistema mantém um nível de umidade mais elevado, o que é crucial para preservar a aparência, o teor de umidade e o peso de produtos perecíveis, como alimentos.

Evaporador no sistema de resfriamento

Os sistemas de resfriamento, essenciais para diversas aplicações industriais e comerciais, dependem fortemente da eficiência dos evaporadores. Entre os tipos predominantes, dois tipos principais são o evaporador de casco e tubo e o evaporador de casco e serpentina – este último frequentemente empregado em certos chillers resfriados a ar.

Evaporadores de casco e tubo

VantagensO cárter do compressor de refrigeração possui refrigerante sob pressão de sucção.

• Eles exibem notáveis ​​capacidades de transferência de calor, graças à extensa área superficial fornecida pelos tubos.
• A robustez é uma característica fundamental, permitindo-lhes lidar com diferenciais de pressão significativos e condições operacionais adversas.
• A manutenção, incluindo limpeza e inspeção, é facilitada pelo design, muitas vezes apresentando feixes de tubos removíveis.

DesvantagensO cárter do compressor de refrigeração possui refrigerante sob pressão de sucção.

• Esses evaporadores podem ser volumosos, exigindo mais espaço, o que pode não ser ideal para configurações compactas.
• O investimento inicial pode ser maior, refletindo a complexidade e os custos de material do projeto.
• Existe uma suscetibilidade a incrustações e incrustações, o que requer manutenção de rotina para garantir uma operação ideal.

Evaporadores Shell e Bobina

VantagensO cárter do compressor de refrigeração possui refrigerante sob pressão de sucção.

• O design compacto os torna ideais para chillers refrigerados a ar onde o espaço é escasso.
• Muitas vezes mais econômico em termos de custos iniciais quando comparado aos projetos de casco e tubo.
• Pode ser eficaz em aplicações onde é desejável uma carga menor de refrigerante.

DesvantagensO cárter do compressor de refrigeração possui refrigerante sob pressão de sucção.

• Normalmente menor eficiência de transferência de calor do que projetos de casco e tubo.
• Pode não ser tão fácil de limpar e manter devido ao design enrolado.
• Pode ser menos durável, especialmente se as bobinas não estiverem adequadamente protegidas ou não forem feitas de materiais resilientes.

Tipos de resfriadores adequados

• Para evaporadores Shell e Bobina: Seu design compacto e menor carga de refrigerante os tornam adequados para chillers de pequeno porte. Os chillers resfriados a ar geralmente empregam esses evaporadores, beneficiando-se de seus atributos de economia de espaço e economia.

• Para evaporadores de casco e tubo: Dada a sua eficiência e durabilidade, esses evaporadores são adequados para aplicações de médio a grande porte, tornando-os ideais para chillers resfriados a água que exigem resfriamento estável e de alta capacidade.

Conclusão

No ciclo de refrigeração, a escolha do evaporador é fundamental. Os evaporadores de casco e tubo são a espinha dorsal dos chillers resfriados a água em aplicações maiores, oferecendo alta transferência de calor e robustez. Os evaporadores shell e coil, por outro lado, são adaptados para os requisitos compactos de chillers menores refrigerados a ar. A seleção entre eles depende da escala do sistema, das necessidades de eficiência e das restrições de espaço, ressaltando o papel crítico do evaporador no desempenho dos sistemas de resfriamento.