Em face da crescente escassez global de energia e das pressões de redução das emissões de carbono, os condensadores tradicionais de casco e tubo lutam para atender à demanda urgente por equipamentos de troca de calor altamente eficientes e compactos na engenharia moderna, devido à sua baixa eficiência de transferência de calor e grande tamanho. Abordando esse gargalo, a melhoria da eficiência dos equipamentos de troca de calor tornou-se um caminho fundamental para reduzir o consumo de energia.

Um estudo investigou sistematicamente o desempenho da transferência de calor por condensação de tubos horizontais de dupla face aprimorados 1 (E1 2 e E2 3). A pesquisa empregou o refrigerante ecologicamente correto R134a sob condições operacionais típicas com uma temperatura de saturação de 40°C, conduzindo uma comparação sistemática entre um tubo liso e dois tipos de tubos aprimorados com aletas serrilhadas externas e micro-ranhuras espirais internas.

Os resultados não apenas validaram as vantagens significativas das estruturas aprimoradas de dupla face na melhoria da eficiência da transferência de calor, mas também forneceram informações críticas de engenharia para a otimização do projeto do condensador, atendendo diretamente à necessidade urgente da indústria por tecnologias de alta eficiência e economia de energia.

Os resultados demonstraram que as superfícies aprimoradas aumentaram significativamente a área efetiva de troca de calor e facilitaram a rápida drenagem do condensado, permitindo que os coeficientes de transferência de calor por condensação dos tubos E1 e E2 atingissem 11 a 14 vezes os do tubo liso. Isso reduziu notavelmente o volume do condensador e o consumo de material.

Pesquisas adicionais revelaram que o aumento da velocidade da água de resfriamento sob uma carga de calor constante poderia amplificar ainda mais as vantagens dos tubos aprimorados, embora a taxa de melhoria tenha diminuído à medida que a velocidade aumentava. Quando o fluxo de calor externo excedeu aproximadamente 94 W*m⁻², o tubo E1, com sua maior altura de aleta, exibiu uma degradação de desempenho mais significativa devido ao filme de condensado espessado, enquanto o tubo E2, com sua altura de aleta relativamente menor, demonstrou maior robustez sob condições de alta carga.

Assim, para aplicações que visam densidades de fluxo de calor baixas a médias e buscam extrema compacidade, o tubo aprimorado E1 com uma área de troca de calor maior pode ser priorizado. Em cenários com cargas térmicas altamente flutuantes ou densidades de fluxo de calor elevadas, o tubo E2, com seus parâmetros geométricos mais robustos, oferece maior confiabilidade operacional a longo prazo.

Este estudo fornece orientação direta para a otimização estrutural e a seleção de materiais de condensadores de alta eficiência de próxima geração e estabelece uma base experimental para o projeto acoplado de refrigerantes ecologicamente corretos e superfícies aprimoradas complexas.

1. Tubo horizontal de dupla face aprimorado: Um tubo de cobre com processamento especial em suas paredes externa e interna, projetado para tornar a condensação mais rápida e eficiente. É chamado de "dupla face aprimorado" porque apresenta "serrilhas externas e ranhuras internas", e é referido como "horizontal" porque o tubo é colocado horizontalmente.
2. Tubo E1: A parede externa possui 150 aletas serrilhadas, cada uma com 0,8 mm de altura e espaçadas em 0,57 mm; a parede interna é gravada com 75 micro-ranhuras espirais, cada uma com 0,26 mm de altura e em um ângulo de 40°.
3. Tubo E2: As aletas da parede externa são ligeiramente mais curtas (0,79 mm), mais densamente espaçadas (0,55 mm) e em menor número (100); a parede interna possui ranhuras espirais que são mais altas (0,42 mm) e em um ângulo maior (45°), mas apenas 38 no total.