chiller de água gelada

Um chiller de água gelada é frequentemente avaliado como se fosse independente do circuito hidráulico que o alimenta. Na prática, os dois formam um sistema único: a capacidade que o equipamento entrega é o produto da vazão que recebe pelo diferencial de temperatura entre o retorno e a saída. Alterar qualquer um desses dois números altera o que o chiller consegue fazer, mesmo com o equipamento em perfeitas condições.

É a origem de uma classe inteira de problemas atribuídos ao chiller: temperatura que não fecha, capacidade que parece insuficiente, consumo acima do previsto. A causa está no circuito, e a solução costuma ser buscada no equipamento.

A aritmética que governa tudo

Para água, cada metro cúbico por hora de vazão com um kelvin de diferencial de temperatura corresponde a aproximadamente 1,16 kW de calor removido. Uma tonelada de refrigeração equivale a 3,517 kW, o que dá uma regra prática útil: cada tonelada exige, com cinco kelvin de diferencial, algo próximo de 0,6 metro cúbico por hora de vazão.

Dessa relação decorre a consequência principal. Um chiller selecionado para cinco kelvin de diferencial, instalado em um circuito que lhe entrega metade da vazão prevista, só consegue entregar metade da capacidade — a menos que consiga dobrar o diferencial, o que exigiria baixar a temperatura de saída além do setpoint. O equipamento não está com defeito: está operando fora do que foi especificado.

Em circuitos com solução de água e glicol, o fator cai proporcionalmente ao calor específico da solução, e a correção sai da tabela do fluido na concentração adotada. Usar o fator da água pura em circuito com glicol superestima a capacidade disponível.

Circuito primário e secundário, e por que a separação existe

Instalações de porte separam o bombeamento em dois circuitos. O primário garante ao evaporador a vazão constante que ele precisa; o secundário distribui água aos consumidores com vazão variável, acompanhando a demanda. Entre eles fica um desacoplamento hidráulico, que permite aos dois trabalharem com vazões diferentes sem interferência.

A razão técnica é a faixa de vazão do evaporador. Abaixo dela, a velocidade da água nos tubos cai, a troca térmica piora e a temperatura de evaporação desce para compensar — aproximando o equipamento do risco de congelamento. Velocidades muito baixas também favorecem a deposição de sólidos nas superfícies de troca. Acima da faixa, a perda de carga sobe e há desgaste por erosão. As velocidades usuais em tubos ficam entre valores da ordem de um e dois metros e meio por segundo, com o dado do fabricante prevalecendo.

O consumo, por outro lado, varia muito ao longo do dia, e manter vazão constante em toda a distribuição desperdiça energia de bombeamento em cada hora de carga baixa — a potência de bombeamento cai muito mais rápido que a vazão, o que faz da conversão para vazão variável no secundário uma das intervenções de melhor retorno em instalação existente.

Sistemas com bombeamento único, vazão constante e válvulas de três vias resolvem a proteção do evaporador e não capturam essa economia. É uma escolha legítima em instalações pequenas e uma perda relevante em instalações grandes.

O diferencial que não se sustenta

Projetos adotam um diferencial de temperatura — cinco kelvin é um valor comum — e dimensionam vazão, tubulação e bombas a partir dele. Na operação, é frequente esse diferencial cair, e o fenômeno é conhecido o suficiente para ter causas catalogadas.

Válvulas de controle que não fecham completamente permitem passagem contínua de água pelos consumidores, mesmo quando não há demanda. Serpentinas e trocadores de consumo com troca degradada não conseguem aquecer a água o suficiente na passagem. Desvios abertos entre ida e retorno curto-circuitam parte da vazão sem que ela passe por consumidor. Balanceamento inadequado faz alguns ramais receberem muito mais vazão do que precisam.

O efeito é sempre o mesmo: as bombas trabalham mais para entregar a mesma capacidade, e o chiller opera em carga parcial mesmo quando a demanda térmica é alta — porque a vazão excessiva reduz o diferencial que ele consegue produzir. Monitorar esse diferencial é um dos diagnósticos mais econômicos disponíveis em um sistema de água gelada, e a correção quase nunca envolve trocar equipamento.

Volume de inércia e a ciclagem que se confunde com falta de capacidade

O circuito funciona como reserva térmica: quanto mais água armazenada entre o chiller e o consumo, mais devagar a temperatura se move quando a carga muda, e mais tempo o equipamento tem para responder. Circuitos com pouco volume transmitem cada oscilação diretamente ao compressor.

As faixas de referência usuais vão da ordem de dez a quinze litros por tonelada de refrigeração em carga que varia lentamente a valores bem maiores em carga pulsante, prevalecendo o volume mínimo indicado pelo fabricante. Em processo com carga intermitente, o volume insuficiente é a causa mais comum de ciclagem excessiva — e ela é frequentemente diagnosticada como capacidade insuficiente, levando à compra de um equipamento maior, que agrava exatamente o problema.

Um tanque de inércia custa uma fração do valor de um chiller e resolve a instabilidade sem acrescentar capacidade. O indicador que aponta a necessidade é o número de partidas do compressor por hora.

Água tratada preserva a capacidade, e a aproximação mostra quando ela cai

A troca térmica no evaporador e no condensador determina quanto tempo a capacidade de projeto vai durar. Dureza elevada, sólidos em suspensão e tratamento inadequado depositam nas superfícies de troca, e cada camada acrescenta resistência térmica que o equipamento compensa com pressões de trabalho mais altas e consumo maior.

A temperatura de aproximação — a diferença entre o fluido que sai e a temperatura de evaporação ou de condensação — é o indicador que revela essa degradação antes de haver sintoma operacional, porque o equipamento continua entregando a temperatura pedida, apenas gastando mais para isso. Há uma quarta causa de aproximação alta no evaporador que vale conhecer: óleo acumulado no lado do refrigerante, que forma um filme isolante nas superfícies de troca, problema comum em sistemas com retorno de óleo deficiente.

Por isso a avaliação da qualidade da água gelada, com dureza, condutividade e pH, entra em qualquer plano de manutenção, junto com a inspeção de compressores e lubrificantes com análise laboratorial do óleo, a limpeza dos trocadores decidida pela aproximação medida, a verificação de estanqueidade com detector eletrônico e sistema pressurizado, a análise elétrica e os testes de pressão e desempenho.

Chillers de água gelada na Controlcal

A Controlcal trabalha há mais de quarenta anos com sistemas de água gelada em São Paulo, com base na Mooca, e a avaliação de um chiller aqui inclui o circuito: vazão disponível na perda de carga real, diferencial de temperatura em operação comparado ao projeto, volume de inércia, arranjo de bombeamento e estado do tratamento de água. É esse levantamento que distingue um problema de equipamento de um problema de sistema.

Fornecemos chillers novos, seminovos revisados com garantia e reformados, para venda, locação ou permuta, com projeto, montagem, automação e manutenção próprios. Para parada programada, pico de demanda ou substituição, a locação repõe capacidade sem exigir investimento em ativo.