Chiller Agua Fria

Em um chiller água fria, a variável que define o equipamento é a temperatura de saída do fluido, e ela é a informação que mais frequentemente falta na especificação. Um chiller não entrega simplesmente água fria: entrega água a uma temperatura definida, com uma tolerância definida, e é essa definição que determina o compressor, o trocador, o fluido de trabalho e o custo de operar.

Cotar apenas a capacidade em toneladas de refrigeração produz propostas que descrevem equipamentos diferentes. A mesma capacidade nominal significa coisas distintas a 12 °C e a 5 °C, porque a capacidade cai à medida que a temperatura de evaporação necessária desce.

As faixas de temperatura e o que cada uma exige

Sistemas de climatização trabalham em geral entre 6 °C e 12 °C, faixa em que a água pura circula sem risco. Em climatização com exigência de desumidificação, a temperatura tende ao limite inferior dessa faixa, porque desumidificar exige serpentina operando abaixo do ponto de orvalho do ar tratado.

Processos industriais pedem valores mais variados. Resfriamento de moldes e de óleo hidráulico costuma ficar entre 10 °C e 20 °C; reatores químicos, câmaras de teste e alguns processos alimentícios exigem bem menos. Em laticínio, a água gelada trabalha próxima de 1 °C a 2 °C, para permitir que o trocador de placas leve o produto à temperatura exigida com a área disponível.

Abaixo de aproximadamente 5 °C, a água deixa de ser o fluido adequado. A temperatura de evaporação do refrigerante fica alguns kelvin abaixo da temperatura de saída do fluido, e um circuito que entrega água a 5 °C já opera com evaporação próxima de zero. Qualquer redução de vazão ou incrustação no evaporador aproxima o equipamento do congelamento — e o rompimento de tubos por congelamento é o dano mais caro que um chiller pode sofrer.

A mudança para solução de água e glicol

A partir desse ponto o circuito passa a operar com solução de água e etilenoglicol ou propilenoglicol, e a mudança tem quatro consequências que precisam entrar no dimensionamento.

A solução tem calor específico menor que a água: a mesma vazão transporta menos calor, e a capacidade efetiva do equipamento cai. A viscosidade é maior, o que reduz a turbulência no evaporador, piora o coeficiente de troca e aumenta a perda de carga no circuito — exigindo mais potência de bombeamento para manter a mesma vazão. A concentração precisa ser definida pela temperatura mais baixa que o fluido vai atingir no circuito, com margem, e não pela temperatura de saída nominal: concentração insuficiente deixa o evaporador exposto, e concentração excessiva penaliza capacidade e bombeamento sem necessidade.

A quarta consequência é de manutenção. Soluções de glicol têm inibidores de corrosão que se consomem, e uma solução com inibidor esgotado é mais agressiva aos materiais do circuito que água pura. A concentração também muda com reposições e perdas, o que faz da verificação periódica um item de rotina e não uma conferência de instalação.

As correções de capacidade e de perda de carga saem da tabela do fluido na concentração adotada. Aplicar a capacidade nominal medida com água a um circuito com glicol é o erro que produz equipamentos entregues corretos no papel e insuficientes na operação.

Vazão e diferencial: duas leituras do mesmo número

A capacidade de um chiller de água fria é o produto da vazão pelo diferencial de temperatura entre retorno e saída. Para água, cada metro cúbico por hora com um kelvin de diferencial corresponde a aproximadamente 1,16 kW removidos; dividindo o total em kW por 3,517 obtém-se a capacidade em toneladas de refrigeração.

Isso significa que vazão e diferencial são a mesma informação vista de dois ângulos: reduzir a vazão pela metade, mantendo a carga, dobra o diferencial exigido. Diferenciais maiores reduzem a vazão necessária, o diâmetro da tubulação e a potência das bombas, e em troca tornam o controle mais sensível — qualquer redução de vazão empurra a temperatura de saída para baixo e aproxima o evaporador da faixa de risco.

Projetos de climatização costumam adotar cinco kelvin de diferencial como ponto de partida. Processos com carga muito variável frequentemente pedem menos, para que a inércia do circuito absorva as oscilações. O evaporador, por sua vez, tem uma faixa de vazão de operação: abaixo dela a velocidade da água nos tubos cai, a troca piora e há risco de deposição; muito acima, a perda de carga sobe e há desgaste por erosão. As faixas de velocidade usuais em tubos ficam entre valores da ordem de um e dois metros e meio por segundo, com o dado do fabricante prevalecendo.

Estabilidade vale mais que folga de capacidade

A prática de sobredimensionar o chiller para garantir a temperatura produz o efeito oposto no controle. Com capacidade excedente, o equipamento resfria o circuito mais rápido do que a carga o aquece, desliga por atingir o setpoint e religa pouco depois. A temperatura de saída passa a oscilar em torno do valor desejado em vez de se manter nele — e é a oscilação, não a média, que compromete processos sensíveis a variação térmica.

Dois elementos sustentam a estabilidade. O primeiro é o controle de capacidade: compressores com variação de rotação, estágios múltiplos ou circuitos independentes permitem acompanhar a carga em vez de persegui-la. O segundo é o volume de água do circuito, que funciona como reserva térmica. As faixas de referência usuais vão da ordem de dez a quinze litros por tonelada em climatização a valores bem maiores em processo pulsante, com o volume mínimo do fabricante prevalecendo.

O indicador que revela o problema é o número de partidas do compressor por hora. Alto, ele aponta capacidade acima da carga, volume insuficiente ou faixa de controle mal ajustada.

O que degrada a temperatura entregue ao longo do tempo

Um chiller que entregava 7 °C e passou a entregar 9 °C raramente perdeu capacidade por desgaste do compressor. A causa mais frequente está na troca térmica, e ela é mensurável: a temperatura de aproximação no evaporador, comparada à referência de projeto, quantifica quanto foi perdido por incrustação, por sujeira ou por óleo acumulado no lado do refrigerante, que forma um filme isolante nas superfícies de troca.

A qualidade da água do circuito determina a velocidade dessa degradação. Dureza elevada, sólidos em suspensão e tratamento inadequado depositam nas superfícies de troca e criam uma resistência térmica que nenhuma regulagem de controle compensa. A degradação é gradual e não provoca parada, o que a torna capaz de atravessar anos sem correção — o equipamento ainda entrega a temperatura pedida, compensando com pressões de trabalho mais altas e consumo maior.

Por isso a avaliação da qualidade da água gelada, com dureza, condutividade e pH, faz parte de qualquer plano de manutenção que se proponha a preservar a temperatura de projeto, e não apenas manter o equipamento ligado.

Chillers de água fria na Controlcal

A Controlcal seleciona chillers de água fria a partir dos dois dados que definem o equipamento: a temperatura que o fluido precisa ter na entrega e a carga térmica que o circuito impõe, medida e não estimada. Com isso definimos capacidade, tipo de condensação, fluido de trabalho, volume de inércia e forma de controle — e apontamos quando o problema não é o chiller, mas a vazão, o volume ou o tratamento do circuito.

São mais de quarenta anos em projeto, instalação, automação e manutenção de sistemas de água gelada em São Paulo, com base na Mooca. Fornecemos equipamentos novos, seminovos revisados com garantia e reformados, para venda, locação ou permuta. Depois da instalação, a manutenção preventiva e a análise de eficiência energética acompanham as aproximações nos trocadores, as pressões de trabalho e o consumo por tonelada removida.