Calculadora de Evaporador DX
Guia detalhado para projeto de serpentinas evaporadoras de expansão direta: seleção de refrigerante, controle de superaquecimento, transferência de calor bifásica e balanceamento de capacidade.
1. Visão Geral
A Calculadora de Evaporador DX modela um trocador de calor aletado onde o refrigerante evapora dentro dos tubos enquanto o ar passa pela superfície aletada. O motor utiliza um solver segmentado que divide a serpentina em elementos discretos, rastreando a qualidade do refrigerante desde a entrada (mistura bifásica) até a evaporação completa e vapor superaquecido na saída.
O solver suporta tanto o modo Rating (avaliar uma geometria conhecida) quanto o modo Sizing (encontrar a vazão mássica de refrigerante que entrega uma capacidade alvo). Um algoritmo de bisseção de balanço energético garante que Q_ar corresponda a Q_ref dentro de 0,01%.
Refrigerantes Suportados
- R32 (GWP: 675, A2L)
- R410A (GWP: 2088)
- R134a (GWP: 1430)
- R22 (GWP: 1810, ODP: 0.055)
- R290 — Propano (GWP: 3, A3)
- R1234yf (GWP: 4, A2L)
2. Entradas do Lado do Ar
| Parâmetro | Unidade | Descrição |
|---|---|---|
| Temperatura de Bulbo Seco | °C | Bulbo seco do ar de entrada (tipicamente 24–35°C) |
| Temperatura de Bulbo Úmido | °C | Bulbo úmido do ar de entrada (determina carga latente) |
| Vazão de Ar | m³/h | Velocidade de face ou vazão volumétrica |
| Altitude | m | Altitude de instalação (afeta densidade e pressão do ar) |
3. Entradas do Lado do Refrigerante
| Parâmetro | Unidade | Descrição |
|---|---|---|
| Refrigerante | — | Selecione da lista de refrigerantes suportados |
| Temperatura de Evaporação | °C | Temperatura de saturação (tipicamente 2–10°C para AC de conforto) |
| Superaquecimento | K | Superaquecimento alvo na saída da serpentina (tipicamente 5–10 K) |
| Qualidade de Entrada | — | Fração de vapor na entrada após válvula de expansão (tipicamente 0,15–0,30) |
| Vazão Mássica | kg/h | Vazão mássica de refrigerante (modo Rating) ou auto-calculada (modo Sizing) |
Importante: No modo Sizing, o solver encontra automaticamente a vazão mássica de refrigerante que fecha o balanço energético (Q_ar = Q_ref). No modo Rating, você fornece a vazão e o solver reporta o erro de balanço resultante.
4. Geometria da Serpentina
Serpentinas evaporadoras DX tipicamente usam 3–6 fileiras com arranjo de tubos escalonados. O número de circuitos determina a velocidade do refrigerante dentro dos tubos — poucos circuitos levam a perda de carga excessiva, muitos circuitos levam a baixa transferência de calor.
- 3–4 fileiras: Resfriamento de conforto (7–12°C evaporação)
- 4–6 fileiras: Baixa temperatura ou alta carga latente
- 6–8 fileiras: Aplicações de desumidificação
5. Entendendo os Resultados
| Resultado | Descrição |
|---|---|
| Capacidade Total | Soma da capacidade sensível + latente (kW) |
| Capacidade Sensível | Calor removido pelo resfriamento do ar (redução de temperatura) |
| Capacidade Latente | Calor removido pela condensação de umidade do ar |
| SHR | Razão de Calor Sensível = Q_sensível / Q_total |
| Erro de Balanço Energético | Diferença entre Q_ar e Q_ref (alvo < 1%) |
| Condições do Ar de Saída | Temperatura e umidade do ar saindo da serpentina |
6. Método do Solver Segmentado
O motor divide a serpentina em pequenos segmentos ao longo do caminho do fluxo de refrigerante. Em cada segmento:
- Propriedades locais do refrigerante são avaliadas (qualidade, densidade, viscosidade)
- Coeficiente de transferência de calor bifásico ou superaquecido é calculado
- Transferência de calor no lado do ar com detecção de superfície molhada/seca
- Fluxo de calor local e variação de entalpia são calculados
- Estado do refrigerante é atualizado para o próximo segmento
Esta abordagem captura a variação no coeficiente de transferência de calor conforme o refrigerante transiciona de bifásico para vapor superaquecido, proporcionando precisão muito maior que o método LMTD de zona única.
7. Diretrizes de Projeto
- Velocidade de face: 2,0–3,0 m/s (maior velocidade aumenta capacidade mas também perda de carga e risco de arraste de umidade)
- Superaquecimento: 5–8 K para sistemas com VEE, 10–15 K para sistemas com tubo capilar
- Qualidade de entrada: tipicamente 0,20–0,25 após o dispositivo de expansão
- Número de circuitos: busque velocidade de refrigerante de 3–8 m/s nos tubos
- Temperatura de evaporação: pelo menos 3–5°C abaixo da temperatura alvo do ar de saída