04-Evaporadores

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Evaporadores
Classificação quanto ao sistema de alimentação:
• Evaporadores Secos (ou de Expansão Direta).
• Evaporadores Inundados.
Classificação dos quanto ao fluído a resfriar:
• Evaporadores para o resfriamento de ar (circulação 
natural e forçada).
• Evaporadores para o resfriamento de líquidos
• Carcaça e tubo (Shell and tube).
• Carcaça e serpentina (Shell and coil).
• Cascata ou Baudelot.
• Evaporadores de Placas.
• Evaporadores de contato
Evaporadores
 o a p ea saQ m c T T   mlo TAUQ 
sa ea
ml m o m
T T
T T T T
2

    
   
a p
o ea o
a p
2m c UA
Q T T
UA 2m c
 



Evaporadores
 o evap ea oQ F T T 
 o a p ea saQ m c T T   mlo TAUQ 
O cálculo exato, resultaria em:
• Forma exata:
mlo TAUQ 

pa
saea
o
saeapao cm)TT(
Q
)TT(cmQ 

 












osa
oea
saea
ml
TT
TT
TT
T
ln










osa
oea
papa
saea
o
TT
TT
1
AU
cm
AU
cm
)TT(AU
Q
ln

paosa
oea
cm
AU
TT
TT







ln pa cm
AU
osa
oea e
TT
TT 













osa
oeasaea
o
TT
TT
1
)TT(UA
Q
ln

Evaporadores
• Forma exata:
)TT(e1cmQ oea
cm
AU
pao
pa 











 
)TT()TT(TTTT
e
TT
saeaoeaeaeaosa
cm
AU
oea
pa



pa
o
oea
cm
AU
oea cm
Q
)TT(e)TT( pa 



)TT(FQ oeaevapo 

pa cm
AU
osa
oea e
TT
TT 















pa cm
AU
paevap e1cmF

Evaporadores
• Forma exata:












pa cm
AU
paevap e1cmF

• Forma simplificada:
pa
pa
cond cm2AU
AUcm2
F 



Evaporadores
Vazão de Água [m³/h]
C
al
o
r 
Tr
o
ca
d
o
 P
o
r 
D
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u
ra
 
[k
ca
l/h
.º
C
]
Evaporador : 
ThermoDina / Mod. WSH-450
Evaporadores
 o evap ea oQ F T T 
Evaporadores de Expansão Direta (ou Secos)
• Refrigerante entra no evaporador, de forma “intermitente”, através de uma
válvula de expansão (VET)
• É completamente vaporizado e superaquecido ao ganhar calor em seu
escoamento pelo interior dos tubos
• “Dificuldade” de alimentar de maneira uniforme os circuitos em paralelo do
evaporador
• Refrigerantes halogenados
• Capacidades não muito
elevadas.
Evaporadores de Expansão Direta (ou Secos)
• “Baixo” coeficiente global de
transferência de calor (dificuldade de
se manter a superfície dos tubos
molhadas)
Distribuidor de Líquido
• Garantir a distribuição uniforme de
líquido em todos os circuitos do
evaporador (serpentina)
• Em um evaporador de expansão
direta, o vapor formado na expansão
(flash) é direcionado ao evaporador
• O vapor (flash) pode migrar para a
seção superior da serpentina e,
portanto, pouco líquido circulará
através da mesma, tornando-a
ineficaz.
• Diferentes perdas de cargas nos
circuitos também podem levar a não
uniformidade da distribuição de
refrigerante.
Evaporadores Inundados 
• Usa de forma efetiva toda a sua superfície de transferência de calor, resultando 
em elevados coeficientes globais de transferência de calor
• Normalmente utilizados com amônia
• Seu emprego é limitado em sistemas com refrigerantes halogenados (dificuldade 
de retorno do óleo ao cárter do compressor). 
• Exigem grandes quantidades de refrigerante
• Possuem um maior custo inicial
• Alimentação: gravidade, bomba (recirculação) e injeção direta 
Evaporadores Inundados 
Amônia: há separação do óleo
Halogenados: 
• “Parcialmente” solúveis
• Refrigerantes líquidos podem ser 
mais densos que o óleo
Cuidado!!!
Evaporadores Inundados Com Recirculação de Líquido
Evaporadores Inundados x Expansão Direta 
O uso de evaporadores de expansão direta introduz uma perda “significativa” de energia,
pois a máxima temperatura de evaporação é limitada pela diferença (approach) entre a
temperatura de admissão do ar e a temperatura do refrigerante na saída do evaporador
Evaporadores com circulação forçada de ar 
• Draw-Through (ventilador succionando): maior alcance
do fluxo de ar frio, porém o calor dissipado pelo motor
do ventilador não é retirado imediatamente.
• Blow-Through (ventilador soprando): menor alcance,
porém calor dissipado pelo motor do ventilador é
retirado do ar imediatamente após a sua liberação.
Evaporadores com circulação forçada de ar 
Evaporadores com circulação forçada de ar 
• Perfis hipotéticos considerando a mesma temperatura de evaporação
Evaporadores com circulação forçada de ar 
• Perfis hipotéticos considerando o mesmo diferencial terminal de temperaturas
Comportamento em Função de Parâmetros Dimensionais e Operacionais.
LEI DA LINHA RETA
Comportamento em Função de Parâmetros Dimensionais e Operacionais.
Área de Face (produto da altura pela largura)
• Determina a velocidade de face
• Aumentando-se a área de face, aumente-se a
área de transferência de calor, reduzindo a
temperatura da superfície exposta ao ar
• A temp. do ar na saída de serpentina diminui
• O conteúdo de umidade do ar na saída da
serpentina diminui.
• Valores usuais: 2,0 a 4,0 m/s.
• Se for necessário evitar o arraste de gotas de
água, VF não deve ser superior a:
• 3,0 m/s para serpentinas simples
• 3,5 m/s caso sejam usadas serpentinas
com eliminadores de gotas.
Número de aletas por unidade de comprimento
• Aumentando-se o número de aletas por unidade
de comprimento:
• A temp. do ar na saída da serpentina diminui
• O conteúdo de umidade do ar na saída da
serpentina diminui.
• Para temperaturas acima de 0 °C, o número de
aletas de serpentinas para câmaras frigoríficas
varia de 4 a 6 aletas por polegada
• Para temperaturas abaixo de 0 °C, o número
está próximo de 2,5 aletas por polegada.
• Para condicionamento de ar, onde se
trabalha com temperaturas elevadas, usa-se
de 12 a 15 (ou até 18) aletas por polegada.
Comportamento em Função de Parâmetros Dimensionais e Operacionais.
Profundidade da serpentina
(No de Rows ou Filas)
• O no de rows influencia na remoção de calor
latente.
• Qto. maior este número maior a redução de
umidade do ar ao atravessar a serpentina.
• O no de rows normalmente varia de 3 a 8,
sendo limitado pela temp. do refrigerante.
Vazão de Ar
A redução da vazão de ar diminui a velocidade
de face:
• A temp. do ar na saída de serpentina
diminui
• O conteúdo de umidade do ar na saída
da serpentina diminui.
Comportamento em Função de Parâmetros Dimensionais e Operacionais.
Temperatura do refrigerante
• Menores temperaturas do refrigerante implicarão
em menores temp. da superfície externa da
serpentina:
• A temp. do ar na saída de serpentina diminui
• O conteúdo de umidade do ar na saída da
serpentina diminui.
Comportamento em Função de Parâmetros Dimensionais e Operacionais.
• A temp. do refrigerante pode ser determinada por
Comportamento em Função de Parâmetros Dimensionais e Operacionais
Número de Evaporadores.
• O número de evaporadores deve garantir uma distribuição uniforme do ar frio
por toda a área da câmara.
• Ambientes irregulares ou grandes podem necessitar de mais de um evaporador
Velocidade do Ar na Câmara.
• A velocidade do ar nas câmaras de conservação de produtos não deve ser
superior a 0,5 m/s (evitar a desidratação excessiva)
Evaporadores Carcaça e Tubo (Shell and tube) 
• Utilizados na indústria de refrigeração para o resfriamento de líquidos. 
• São fabricados em uma vasta gama de capacidades
• Podem ser do tipo:
• Inundado, com alimentação por gravidade (refrigerante na carcaça)
• Expansão direta 
• Recirculação por bomba (refrigerante nos tubos)
Cascata ou Baudelot.
• Utilizados para o resfriamento de
líquidos, normalmente água para
processo, até uma temperatura em
torno de 0,5 °C acima do seu ponto
de congelamento.
• São projetados de forma a não
serem danificados com o
congelamento do líquido.
• Industria de bebidas (cervejarias) e
para o resfriamento de leite
Evaporadores de Placas
• Construção idêntica a dos condensadores a placas
Coeficientes globaisde transferência de calor de 
alguns evaporadores para líquidos 
Evaporadores de Contato
• Utilizados para o congelamento de produtos sólidos, pastosos ou líquidos.
• Serpentinas de prateleiras em congeladores.
• Refrigerante circula através de canais existentes nas placas e o produto a
congelar é colocado entre (ou sobre) as placas.
Seleção de Um Evaporador
• Tipo de Degelo: Elétrico
• TCAM = 0 ºC
• UR = 90 %
(exigência do produto refrigerado)
Logo
• T=TCAM - TO = 5,0 ºC & TO = -5 ºC
20 [ ]opt horas
632  
 vent
vent op
vent
W
Q 

inf
0
    

     
 trn prod ilum pes vent
op
Q Q Q Q Q Q
Q

• Do Cálculo da Carga Térmica (neste exemplo é hipotético)
(Venturini e Pirani, 2005).
• Flecha:12 [m]
inf
0
    

     
 trn prod ilum pes vent
op
Q Q Q Q Q Q
Q

Cálculo da Carga Térmica Parcial
inf
0,
   

    
 trn prod ilum pes
parcial
op
Q Q Q Q Q
Q

• Adotando como estimativa inicial 0,5 [cv/TR], com base na faixa recomendada de 
0,25 a 0,50 [cv/TR] (Venturini e Pirani, 2005).
(Venturini e Pirani, 2005).
TR02,3h/kcal9125dia/kcal182500Q parc,o 
cv51,102,3x5,0Wvent 
632
W
Q op
vent
vent 

 
dia/kcal2445063220
78,0
51,1
Qvent 
Cálculo da Carga Térmica Estimada
h/kcal10348dia/kcal20694524450182500Qo 
Primeira Tentativa para Seleção do Evaporador
FBA 6530E (6 aletas/in) possui Tevap de 6 ºC
Assim, constata-se que a capacidade do evaporador está abaixo do valor de
projeto (carga térmica) em cerca de 3,2%.
Porém ainda há que se verificar a potencia do ventilador nas condições de
catálogo
→ do catálogo: WVENT = 728 W = 0,998 cv (havia sido considerado 1,51 cv)
A capacidade deste evaporador será então de:
C.ºh/kcal2005
6
12030
FEVAP 
h/kcal100250,5x2005Qo 
• Corrigindo a potência para o modelo selecionado:
Primeira Tentativa para Seleção do Evaporador
dia/kcal1787563220
70,0
99,0
Qvent 
h/kcal10018dia/kcal20037517875182500Qo 
• Como a capacidade do evaporador é de 10.025 kcal/h o modelo
selecionado FBA 6530E (6 aletas/in) pode ser utilizado
• Observar que o alcance deste evaporador é de 13 m e o alcance necessário
é de 12
Sistemas de Degelo
• Em evaporadores que trabalham com temperaturas inferiores a de
congelamento pode ocorrer o acúmulo de gelo sobre superfície aletada.
• Efeitos do Acúmulo de gelo:
• Bloqueia a passagem do ar, restringindo o seu fluxo
• Dificulta a transferência de calor.
• Reduz a capacidade e eficiência do sistema frigorífico.
• A taxa de acumulo de gelo aumenta com a redução da temperatura de
evaporação e com a taxa de utilização do ambiente refrigerado.
• Tipos de degelo:
• Por ar
• Aspersão de água
• Elétrico
• Gás quente
Degelo a Ar (ou Natural)
• Somente pode ser utilizado quando a temperatura da câmara é superior a de
congelamento (geralmente para temperaturas superiores a +2 oC )
• Durante o ciclo de degelo os ventiladores do evaporador continuam operando
derretendo o gelo formado sobre a superfície dos evaporadores
• Podem necessitar de longos períodos de degelo, provocando uma variação
excessiva da temperatura da câmara
• Deve ser efetuado durante os períodos nos quais a câmara não necessita de
resfriamento (sistema frigorífico está desligado.)
• Este sistema de degelo é normalmente controlado por timer.
• Parte da umidade formada sobre a superfície do evaporador durante o degelo
será transferida para a câmara.
• Não é recomendado para câmaras que devem ser mantidas com baixa umidade
relativa.
Degelo a Água
• Utilizado principalmente em câmaras com temperatura elevada (geralmente
superiores a +1 oC ).
• Água é aspergida sobre a superfície do evaporador .
• Durante o ciclo de degelo interrompe-se o suprimento de refrigerante
• Em alguns sistemas, tanto a bandeja de condensado, quanto os drenos, são
aquecidos por meio de resistências elétricas.
• Instalar drenos na tubulação que conduz
a água até os evaporadores
Degelo a Água
• Custo inicial baixo
• Mantém a superfície dos evaporadores limpas (vantajoso para câmaras de
armazenagem de carnes e frutas).
• Há necessidade de água limpa em abundância
• A água deve ser suprida com temperaturas superiores a 4 C
• Resulta em ciclos de degelo relativamente longos.
• Opção: aspersão contínua de salmoura (cloreto de sódio) ou propileno-glicol
sobre a superfície aletada do evaporador
• Salmoura => até -12 C
• Propileno-glicol => até -35 C.
• A salmoura (ou propileno-glicol) absorve umidade reduzindo a sua
concentração
• Prever um meio de corrigir a concentração regularmente (adição de sal ou
evaporação da umidade absorvida)
Degelo Elétrico
• Os evaporadores são construídos de forma que possam ser inseridas
resistências elétricas entre a superfície aletada ou dentro de tubos
• As resistências são acionadas durante o ciclo de degelo.
• Fácil construção e operação
• Ciclos rápidos de degelo
• Pode ser utilizado para baixas temperaturas
• Custo inicial e operacional podem ser elevados.
Degelo Elétrico
Aquecimento da 
Superfície
Aquecimento do 
Interior da Serpentina
Degelo Elétrico
Degelo Por Gás Quente
• Utiliza-se o vapor da descarga do compressor para aplicar calor diretamente
sobre a superfície dos evaporadores (e na badeja de condensado)
• Utilizado para câmaras de baixa temperatura
• Resultam em ciclos de degelo bastante curtos.
• Deve-se instalar uma serpentina de re-evaporação e/ou um acumulador de
sucção para evitar a aspiração de refrigerante líquido pelo compressor
Degelo Por Gás Quente
• Utilizar uma válvula redutora de pressão na linha de sucção => prevenir
elevadas pressões de sucção (sobrecarga no motor)
• Esta válvula deve ser ajustada para permanecer completamente aberta
durante o ciclo de resfriamento (atua somente durante o ciclo de degelo.)
• Alguns projetistas alegam que o stress térmico das serpentinas e tubulações
pode provocar vazamentos, principalmente nas conexões.
• Verificar regularmente as conexões nas linhas de líquido e sucção, de forma a
minimizar possíveis vazamentos.
Degelo Por Gás Quente
Alimentação de gás quente pela linha de líquido
Degelo Por Gás Quente
Alimentação de gás quente pela linha de sucção
Controle do Sistema de Degelo
• O início do ciclo de degelo deve sempre ser automático, podendo se empregar:
• Timer
• Manômetro diferencial entre entrada e saída do ar do evaporador
• Sensores infravermelho
• Fibra ótica
• O ciclo de degelo deve ser o mais curto possível e seu término também deve ser
automático.
• Sensor determina a temperatura da serpentina e interrompe o degelo quando
a mesma atinge valores da ordem de 2 a 4 C.
• A partida do ventilador do evaporador deve ser retardada até que a
temperatura da serpentina tenha atingido valores normais de operação.
sem gelo com gelo
receptores
LED