Descongelação dos evaporadores de refrigeração
A descongelação dos evaporadores de refrigeração é um procedimento essencial para preservar a eficiência e o desempenho ótimo dos sistemas de refrigeração. A inspeção e a manutenção garantem uma troca de calor eficiente no interior do evaporador e asseguram o seu correto funcionamento.
Porque é que o gelo se forma?
A formação de gelo nos evaporadores de refrigeração resulta principalmente da condensação e congelamento da humidade no ar. Este processo começa quando o ar, que circula através da bobina do evaporador, arrefece até ao seu ponto de orvalho, condensando a humidade presente se descermos abaixo dessa temperatura, transformando-a em gelo.
O que é a descongelação nos evaporadores de refrigeração?
O descongelamento é um processo pelo qual o gelo ou a geada acumulados na superfície do evaporador de um sistema de refrigeração são removidos. Este processo faz parte da manutenção e do funcionamento correto do equipamento.
Tipos de degelo em evaporadores de refrigeração
Os tipos de descongelação mais utilizados nos evaporadores de refrigeração são:
- Degelo a ar.
- Degelo a água.
- Por resistências eléctricas.
- Por gás ou líquido quente.
Análise psicrométrica: um olhar sobre o processo
Utilizamos um diagrama psicrométrico para visualizar este processo. Aqui, o arrefecimento sensível do ar é representado como um movimento horizontal para a esquerda, desde a entrada de ar até ao ponto de orvalho. Para além deste ponto, qualquer arrefecimento adicional leva a uma redução da humidade absoluta do ar, representada por um movimento vertical descendente no diagrama.
Exemplo prático: Impacto nos entrepostos frigoríficos
Consideremos uma câmara fria regulada a 0°C. Com a temperatura de entrada do ar ligeiramente mais elevada, por exemplo, 2°C, e a temperatura de saída da serpentina a -10°C, observamos que, durante o arrefecimento sensível, a humidade absoluta permanece constante até ser atingido o ponto de orvalho. À medida que o arrefecimento continua e ultrapassa este ponto, a humidade condensa e subsequentemente congela, formando gelo.
Cálculo da formação de gelo
A quantidade de gelo formado pode ser calculada através da seguinte fórmula:
Para que serve a descongelação dos evaporadores de refrigeração?
Nos sistemas de refrigeração, a acumulação de gelo ou geada nos evaporadores é um problema grave que reduz significativamente a eficiência e a operacionalidade do sistema. Quando o gelo se forma nos evaporadores, actua como um isolante térmico, aumentando a resistência térmica e diminuindo a capacidade de transferência de calor, que pode ser calculada pela seguinte equação:
À medida que se forma mais gelo, o coeficiente de transferência de calor diminui, obrigando o sistema a funcionar a temperaturas e pressões mais baixas para compensar. Isto não só aumenta o consumo de energia, como também pode levar a paragens não planeadas do sistema, falhas operacionais e desgaste acelerado dos componentes.
Importância da descongelação
A descongelação dos evaporadores de refrigeração é crucial para manter a eficiência operacional dos sistemas de refrigeração. A remoção regular da geada acumulada permite atingir esse objetivo:
- Restaurar a capacidade de transferência de calor. O degelo em evaporadores de refrigeração permite que o evaporador funcione na sua capacidade máxima, permitindo que o sistema funcione em condições óptimas de conceção.
- Reduzir a necessidade de funcionamento em condições extremas. Ao manter as superfícies do evaporador livres de gelo, evita a necessidade de o compressor funcionar fora do projeto para compensar a perda de transferência, reduzindo o consumo de energia.
- Evitar tempos de inatividade indesejados. A remoção eficaz do gelo evita tempos de paragem indesejados devido a baixa pressão ou à ativação de medidas de segurança relacionadas com a acumulação excessiva de gelo.
Como resolver a acumulação de gelo na bobina do evaporador?
A formação de gelo nos evaporadores dos sistemas de refrigeração pode levar a uma série de problemas operacionais, reduzindo significativamente a eficiência do sistema. Identificar e abordar os factores que contribuem para este fenómeno é crucial para manter um desempenho ótimo. Abaixo, exploramos os principais factores que incentivam a formação de gelo e as estratégias para os mitigar:
Entrada de humidade em câmaras frigoríficas
As câmaras frigoríficas não são completamente herméticas; a entrada de ar quente e húmido do exterior pode ser significativa, especialmente através de portas abertas ou de más vedações.
| Origem | Problema | Solução |
| Vedação e estanquidade inadequadas | Fuga de ar | Correcta vedação e estanquidade ao ar, inspeção e identificação |
| Portas, cortinas e pré-câmara | Abertura frequente | Portas automáticas, cortinas e faixas de ar, pré-câmaras |
| Embalagem do produto | Libertação de humidade | Técnicas de embalagem, pré-arrefecimento de produtos… |
| Clima exterior | Climas quentes e húmidos | Barreiras físicas, controlo de entrada. |
Imagine que a temperatura do ar no interior da câmara fria aumenta, passando de um estado inicial (ponto 1a) para um estado com temperatura e humidade mais elevadas (ponto 1b). Esta mudança está claramente ilustrada na figura 3. Neste novo ponto, a humidade absoluta é mais elevada, o que implica que há mais vapor de água disponível no ar.
Com o aumento da humidade, à medida que o ar passa pelo evaporador, a quantidade de humidade que atinge o ponto de orvalho e subsequentemente se condensa também aumenta (de Δw1 para Δw2).
Influência da gama de temperaturas e impacto da ponte térmica
A gama de temperaturas dentro de uma câmara determina se o ar atingirá o ponto de orvalho nas superfícies do evaporador. Em sistemas configurados para se manterem acima do ponto de orvalho, o vapor não se condensa, o que evita a formação de gelo. No entanto, com requisitos de temperatura média e baixa, atingir e exceder o ponto de orvalho é mais comum, aumentando o risco de formação de gelo.
Além disso, o intervalo térmico, definido como a diferença entre a temperatura de entrada do ar e a temperatura do evaporador, influencia diretamente a intensidade da desumidificação. Um intervalo térmico mais elevado pode levar a uma maior condensação da humidade e, eventualmente, ao seu congelamento no evaporador, como ilustrado na figura. À medida que o salto térmico aumenta, a quantidade de humidade absoluta que é removida também aumenta, passando de um ponto de estado inicial 2a para um ponto de estado mais crítico 2b. Isto resulta numa alteração da humidade absoluta do ar de Δw1 para Δw2, levando a um aumento da desumidificação.
Tipo de refrigerante e deslizamento de mudança de fase
Alguns refrigerantes sofrem o que é conhecido como “deslizamento” durante a mudança de fase, o que significa que a temperatura de evaporação não é constante em todo o evaporador. Isto pode criar pontos mais frios onde a condensação e o congelamento da umidade são mais prováveis.
Uma análise do diagrama de Mollier, como na figura 3, para o refrigerante R-407C, pode ajudar a visualizar como as propriedades termodinâmicas do refrigerante afectam o funcionamento do evaporador e a formação de gelo numa situação de temperatura média, em que a temperatura de orvalho (do refrigerante) é de -10°C, a temperatura média de evaporação é de -12,5°C, a temperatura de expansão do refrigerante é de -14,5°C e a temperatura da bolha será de -16,5°C a uma pressão relativa de 2,6 bar.
Factores que contribuem para a formação de gelo nos evaporadores
A formação de gelo nos evaporadores pode também ser causada por problemas específicos de funcionamento e manutenção. Cada um destes problemas contribui de forma diferente para o fenómeno da formação de gelo e requer uma atenção específica para a sua solução:
| Origem | Problema | Solução |
| Fuga de refrigerante do evaporador | Perda de pressão no circuito do refrigerante e perda de temperatura | Inspecções regulares |
| Evaporador sujo e entupido | Impossibilidade de troca de calor | Programar manutenção e limpeza regulares |
| Falta de fluxo de ar nos ventiladores | Redução da troca de calor | Verificar o funcionamento do ventilador |
| TEV ou filtro entupido | Perda de pressão no circuito do refrigerante e perda de temperatura | Inspecionar e ajustar o TEV. Substituir o filtro. |
Capacidade de arrefecimento do evaporador
A sujidade actua como um isolante, reduzindo o coeficiente de transferência, e como uma obstrução ao fluxo de ar, reduzindo o caudal mássico de ar. Esta relação pode ser claramente observada na equação da capacidade de arrefecimento oferecida pelo evaporador.
Isto exigirá uma temperatura do ar de saída mais baixa (gradiente mais elevado) e, consequentemente, como vimos no caso do aumento do salto térmico, aumentamos a humidade absoluta removida do ar na câmara.
Capacidade de arrefecimento do circuito
Na equação, se o caudal mássico que circula pelo sistema for reduzido, a capacidade de arrefecimento do equipamento diminui. Como consequência, a capacidade de arrefecimento do evaporador também diminui.
Num evaporador de expansão a seco, o refrigerante evapora-se mais tarde, o que aumenta a proporção de gás em vez de líquido. Isto diminui o coeficiente de transferência de calor e faz com que a temperatura do ar de saída se aproxime da temperatura do ar de entrada, reduzindo assim a diferença de temperatura no fluxo de ar.
A figura mostra as curvas de temperatura do ar e do refrigerante ao longo da bobina, em azul para operação normal e em vermelho para uma fuga de refrigerante. A evaporação precoce prolonga o tempo em que o refrigerante permanece como um gás, diminuindo o coeficiente de transferência de calor. Isso resulta em menos transferência de calor e uma temperatura de saída de ar mais alta. Além disso, o refrigerante evaporado torna-se um gás superaquecido, o que reduz a inclinação da linha de temperatura do ar.
O diagrama psicrométrico mostra dois casos: um caso normal com 90% de eficiência e um caso com restrição de caudal.
- No primeiro caso, a temperatura de saída do ar é próxima da temperatura da alheta do evaporador.
- No segundo caso, com restrição do caudal, afasta-se, aproximando-se da temperatura de entrada.
