Projeto de Serpentinas Condensadoras para Sistemas HVAC: Guia de Engenharia

O condensador é um componente crítico em qualquer sistema de refrigeração por compressão de vapor. Este guia cobre os princípios de projeto e dimensionamento de condensadores resfriados a ar.

Modelo de 3 Zonas

O condensador resfriado a ar opera em três zonas distintas:

1. Zona de Dessuperaquecimento

Vapor superaquecido é resfriado até a temperatura de saturação

Transferência de calor por convecção forçada (fase única)

Tipicamente 5-15% da área total do condensador

Correlação de Gnielinski para o coeficiente de transferência de calor

2. Zona de Condensação

Vapor se condensa em líquido à temperatura constante (para refrigerantes puros)

Maior taxa de transferência de calor

Tipicamente 70-85% da área total

Correlação de Shah ou Cavallini para condensação em fluxo

3. Zona de Sub-resfriamento

Líquido é resfriado abaixo da temperatura de saturação

Importante para evitar flash gas na válvula de expansão

Tipicamente 5-15% da área total

Sub-resfriamento típico: 3-8°C

Temperatura de Aproximação

A temperatura de aproximação (approach) é a diferença entre a temperatura de condensação e a temperatura do ar de entrada:

ΔT_approach = T_cond - T_ar,entrada

Valores típicos:

8-12°C: Condensadores padrão

5-8°C: Condensadores de alta eficiência

12-18°C: Condensadores compactos ou de baixo custo

Perda de Carga do Refrigerante

Perda de Carga Bifásica

A correlação de Müller-Steinhagen & Heck é amplamente utilizada:

Combina os limites de fase única líquida e vapor

Boa precisão para a maioria dos refrigerantes

Considera a variação da qualidade ao longo do condensador

Perda de Carga nas Curvas de Retorno

Adiciona 10-30% à perda de carga total

Depende do raio de curvatura e velocidade do refrigerante

Considerações de Projeto

Velocidade Frontal do Ar

2,0-3,5 m/s: Faixa típica para condensadores

Velocidades maiores = maior capacidade, mas maior ruído e perda de carga

Velocidades menores = menor ruído, mas maior área frontal

Número de Fileiras

1-2 fileiras: Condensadores compactos, alta velocidade do ar

3-4 fileiras: Padrão para a maioria das aplicações

5-6 fileiras: Alta capacidade, baixa velocidade do ar

Espaçamento de Aletas

1,4-2,0 mm: Padrão para condensadores

Espaçamento maior para ambientes sujos ou úmidos

Espaçamento menor para ambientes limpos e controlados

Conclusão

O projeto eficiente de condensadores resfriados a ar requer a análise detalhada das três zonas de operação, a seleção adequada de geometria e materiais, e a otimização do equilíbrio entre capacidade, perda de carga e custo. O ExCoil automatiza toda essa análise com seu solver segmentado de 3 zonas.