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Essa é a 3ª parte do nosso Curso de Refrigeração Industrial, acesse o conteúdo antes de continuar a leitura: Parte 01 e Parte 02.
Vamos começar?
CONTROLES DE CONDENSADOR
Em sistemas onde há grande variações na temperatura do ar ambiente ou das condições de carga do processo:
é necessário controlar a pressão de condensação para evitar que caia muito.
As pressões de condensação quando baixas em excesso resultam em um diferencial de pressão insuficiente ao longo do dispositivo de expansão.
Assim não é fornecida carga de refrigeração suficiente no evaporador.
Isso significa que: o controle da capacidade do condensador serve principalmente em localizações onde a variação de temperatura é muito grande.
Os estados das regiões sul e sudeste do Brasil são um exemplo onde a temperatura sofre grande variação entre os períodos de inverno e verão.
A ideia básica do controle de capacidade de condensação é:
controlar a capacidade do condensador quando a temperatura ambiente estiver baixa.
Desse modo mantemos a pressão de condensação acima do nível mínimo aceitável e ao mesmo tempo a mais baixa possível pensando na eficiência ideal dos equipamentos e do processo de refrigeração.
Você atinge esse controle de capacidade de condensação:
1. regulando o fluxo de circulação de ar ou de água por meio do condensador
2. reduzindo a área efetiva de troca térmica do (ou dos) equipamento(s).
1. Operação de válvula flutuante de alta pressão
A operação da válvula flutuante de alta pressão é a expansão do líquido de imediato após o condensador.
Qualquer alteração no volume de carga devido a variações na capacidade deve ser tratada no lado de baixa pressão. Em um separador de líquido, por exemplo.
Uma vez que o fluxo após a válvula de expansão é bifásico, não é adequado para distribuição em mais de um local. Portanto, ajusta-se de preferência em sistemas com apenas um separador de baixa pressão.
As válvulas flutuantes de alta pressão são geralmente montadas logo após o condensador.
Também não representam problemas em relação a instalação do condensador em si.
2. Operação de válvula flutuante de baixa pressão
A operação da válvula flutuante de baixa pressão controla a expansão do líquido condensado.
Serve para manter um determinado nível em um ou mais separadores de baixa pressão.
CONDENSADORES RESFRIADOS A AR
Um condensador resfriado a ar consiste em tubos montados dentro de um bloco de aletas.
O condensador pode ser horizontal, vertical ou em forma de V.
O ar ambiente é puxado por meio da superfície do trocador de calor com ventiladores axiais ou centrífugos. Condensadores resfriados a ar são usados em sistemas de refrigeração industrial onde a umidade relativa do ar é alta.
O controle da pressão de condensação para condensadores resfriados a ar pode ser alcançado das seguintes maneiras:
Controle de etapa de condensadores resfriados a ar
Este método usa um controlador de etapa para conter o fluxo de ar no condensador resfriado a ar.
Ele liga ou desliga os ventiladores de acordo com o sinal de pressão de condensação.
Um transmissor de pressão, por exemplo, Danfoss AKS 33, mede a pressão de condensação.
Ele envia um sinal para um controlador como o Danfoss EKC 331 que controla a comutação dos ventiladores de acordo com o sinal de pressão.
Controle de velocidade do ventilar de condensador resfriado a ar
Este método de controle do ventilador do condensador existe para reduzir o nível de ruído devido a questões ambientais.
Para este tipo de aplicação podemos utilizar um inversor de frequência Danfoss VLT.
Controle de área do condensador resfriado a ar
Para controle de área de condensadores resfriados a ar, é necessário um receptor.
Este receptor deve ter volume suficiente para acomodar as variações na quantidade de refrigerante no condensador.
Existem duas maneiras de fazer este controle:
- A válvula principal ICS combinada com o piloto de pressão constante CVP de alta pressão montado na linha de descarga no lado de entrada do condensador e ICS combinada com um piloto de pressão diferencial CVPP montado na linha de equalização de pressão entre a linha de descarga e o receptor. No tubo entre o condensador e o reservatório uma válvula de retenção SCA é montada para evitar a migração de líquido do reservatório para o condensador.
- A válvula principal ICS combinada com o piloto de pressão constante CVP montado no tubo entre o condensador e o receptor e uma ICS combinada com um piloto de pressão diferencial CVPP montado na linha de equalização de pressão entre a linha de descarga e o receptor.
*Este método é usado principalmente em sistemas de refrigeração comercial.
Controle de fluxo de ar de condensador resfriado a ar com controlador EKC 331
O EKC 331 é um controlador de quatro etapas com até quatro saídas de relé.
Ele controla a comutação dos ventiladores de acordo com o sinal de pressão de condensação de um transmissor de pressão AKS 33.
Com base no controle da zona neutra, o EKC 331 pode controlar a capacidade de condensação.
De modo que a pressão de condensação seja mantida acima do nível mínimo exigido.
O tubo de derivação (linha vermelha) onde a SVA está instalada é um tubo equalizador.
Ele ajuda a equilibrar a pressão no receptor com a pressão de entrada do condensador.
Assim o refrigerante líquido no condensador pode ser drenado para o receptor.
É importante levar em consideração a queda de pressão no condensador ao projetar a tubulação do condensador para o receptor.
A pressão na saída do condensador pode ser menor que a pressão no receptor.
Isso restringirá o fluxo para o receptor.
Por meio desta coluna (expressa na figura) a pressão será equalizada e sua regulação será constante.
Controle de velocidade do ventilador do condensador resfriado a ar
O conversor de frequência VLT é controlado pelo sinal de pressão de condensação de um transmissor de pressão. Como por exemplo, um Danfoss AKS 33, na linha de descarga.
Esse conversor ajusta a velocidade dos ventiladores no condensador resfriado a ar de acordo com o sinal do transmissor de pressão.
O controle com inversor de frequência oferece as seguintes vantagens:
- Economia de energia
- Melhor controle e qualidade do produto
- Redução de ruído
- Vida útil mais longa
- Instalação simplificada
- Controle completo e fácil de usar do sistema
É importante levar em consideração a queda de pressão entre o condensador e o receptor.
A pressão na saída do condensador pode ser menor que a pressão no receptor, o que restringirá o fluxo para o receptor.
Usar uma coluna de nível entre o condensador e o receptor (com um sifão na parte inferior) permitirá o acúmulo de líquido na coluna de alimentação.
Assim facilitando a criação de uma pressão positiva e alimentação contínua.
Controle de área do condensador resfriado a ar
Esta solução reguladora mantem a pressão no receptor em um nível suficientemente alto durante as baixas temperaturas ambientes, muito comuns no sul e sudeste brasileiros, por exemplo.
A servo válvula ICS operada por piloto na linha de descarga abre quando a pressão de descarga atinge a pressão definida na válvula piloto CVP e fecha quando a pressão cai abaixo da pressão definida no piloto.
A servo válvula ICS operada por piloto de pressão diferencial CVPP na linha de equalização de pressão (linha vermelha) mantem pressão suficiente no receptor.
A válvula de bloqueio e retenção SCA garante aumento da pressão do condensador por meio da reserva de líquido dentro do condensador. Isso requer um receptor suficientemente grande.
Esta válvula também impede o fluxo de líquido do reservatório de volta para o condensador quando este está mais frio (durante os períodos de desligamento do compressor).
Esta solução reguladora mantem a pressão no receptor em um nível suficientemente alto durante as baixas temperaturas ambientes.
É importante levar em consideração a queda de pressão no condensador ao projetar a tubulação do condensador para o receptor. A pressão na saída do condensador pode ser menor que a pressão no receptor, o que restringirá o fluxo para o receptor.
Por isso a importância do projeto e construção de colunas e do sistema em nível, conforme falamos anteriormente.
CONDENSADORES EVAPORATIVOS
Um condensador evaporativo é um condensador resfriado pelo ar ambiente combinado com água pulverizada.
Por meio de orifícios e defletores de ar em contrafluxo.
A água evapora e o efeito da evaporação das gotas de água aumenta consideravelmente a capacidade do condensador porque o ar é resfriado até a temperatura de bulbo úmido.
Os condensadores evaporativos são colocados em um invólucro de aço ou plástico com ventiladores axiais ou centrífugos na parte inferior ou superior do condensador.
A superfície do trocador de calor no fluxo de ar úmido consiste em tubos de aço.
Acima dos orifícios de pulverização de água (no ar seco) é comum ter um superaquecedor feito de tubos de aço com aletas.
Ele serve para reduzir a temperatura do gás de descarga antes que atinja o trocador de calor na corrente de ar úmido.
Desta forma, o acúmulo de calcário na superfície dos tubos principais é reduzido.
- Este tipo de equipamento reduz consideravelmente o consumo de água.
Ainda mais quando comparado a um condensador resfriado a água normal.
O controle de capacidade de um condensador evaporativo pode ser obtido por um ventilador de duas velocidades ou controle de velocidade variável do ventilador e em condições de temperatura ambiente muito baixas, desligando a bomba de circulação de água.
O uso de condensadores evaporativos é limitado em áreas com alta umidade relativa.
Em ambientes frios com temperatura inferior a zero graus a prevenção de danos por geada deve ser realizada removendo a água do condensador evaporativo.
Controle de condensadores evaporativos
O controle da pressão de condensação dos condensadores evaporativos ou da capacidade do condensador pode ser alcançado de diferentes maneiras, como por exemplo:
- Controle de pressão com Pressostato RT ou KP para controle do ventilador e bomba d’agua
- Controlador de etapas para controlar ventilares de duas velocidades e bomba d’agua
- Controle de pressão de zona neutra com RT-L para controle de ventilador e bomba d’agua
- Inversores de frequência para controle de velocidade do ventilador e da bomba d’agua
- Chave de fluxo para alarme em caso de falha na circulação de água
Controle de etapa do condensador evaporativo com Pressostato RT
Esta solução mantém a pressão de condensação (bem como a pressão no reservatório) em um nível suficientemente alto em baixas temperaturas ambientes.
Quando a pressão de entrada do condensador cair abaixo do ajuste do Pressostato RT5A o controlador desligará o ventilar para diminuir a capacidade de condensação.
Em temperaturas ambientes extremamente baixas, quando a pressão de condensação cai abaixo da configuração do Pressostato RT5A – após todos os ventiladores terem sido desligados – o RT5A irá para a bomba de água.
Quando a bomba é parada o condensador e os tubos de água devem ser drenados para evitar incrustações e congelamento.
Controle de etapa do condensador evaporativo com controlador de etapa EKC 331
Uma solução de regulação de capacidade para condensadores evaporativos pode ser alcançada usando um controlador EKC 331 e um transmissor AKS 33.
O controle sequencial da bomba de água deve ser selecionado como a última etapa.
O controle sequencial significa que as etapas sempre serão ativadas e desativadas na mesma ordem.
Como alternativa, um inversor de frequência pode controlar a pressão de condensação.
Ele controla o RPM do ventilador com uma função de degrau em ventiladores individuais, como na versão de condensador resfriado a ar.
Com um Pressostato RT5A desligando a bomba em baixas temperaturas de condensação.
CONDENSADORES RESFRIADOS A ÁGUA
No passado, o condensador resfriado a água era tipicamente um trocador de calor tipo casco e tudo.
Hoje é muito comum um trocador de calor de placas com design moderno, alta tecnologia e capacidade.
Condensadores refrigerados a água com circuito aberto não são de uso comum.
Em muitos lugares não é permitido usar a grande quantidade de água que esses equipamentos consomem.
No entanto, tais restrições em geral não se praticam em aplicações marítimas, por exemplo ou em outros mercados onde a água aquecida é usada em outras partes do processo. Sem desperdícios.
Hoje, condensadores resfriados a água são populares em chillers.
A água de resfriamento é esfriada por uma torre de resfriamento e recirculada.
Também pode ser usado como condensador recuperadores de calor para fornecer água quente, como falado anteriormente.
O controle da pressão de condensação pode ser obtido por meio de uma válvula de água controlada por pressão ou por uma válvula de água motorizada contida por um controlador eletrônico para regular o fluxo da água de resfriamento de acordo com a pressão de condensação.
Controle de fluxo de água de condensadores resfriados a água com uma válvula de água
Esta solução mantem a pressão de condensação em um nível constante.
A pressão de condensação do refrigerante é direcionada por meio de um tubo capilar para o topo da válvula de água WVS.
Assim é ajustada a abertura da WVS de acordo com a demanda.
Controle de fluxo de água do condensador resfriado a água com uma válvula motorizada
O controlador recebe o sinal de pressão de condensação do transmissor de pressão AKS 33 e envia um sinal de modulação para o atuador AMB 20 da válvula motorizada VM2.
Desta forma o fluxo de água de resfriamento é ajustado e a pressão é mantida de forma constante e proporcional.
Uma outra opção para esta aplicação é uma válvula de balanceamento devidamente instalada e ajustada.
Porém, neste caso o nível de monitoramento passa a ser menor.