Torre De Resfriamento Chiller

Em um sistema com chiller de condensação a água, a torre de resfriamento não é um acessório: ela determina a temperatura de condensação, e a temperatura de condensação determina o consumo do compressor. Cada grau a menos na água que chega ao condensador reduz o trabalho do ciclo em algo da ordem de dois a três por cento, conforme o equipamento e o ponto de operação.

Essa relação é conhecida e raramente operada. Torres são dimensionadas junto com o chiller e depois esquecidas, e a degradação delas aparece na conta de energia atribuída ao chiller.

De onde vem o ganho da condensação a água

A eficiência de um ciclo de compressão depende da diferença entre as temperaturas de evaporação e de condensação. Um condensador a ar está limitado pela temperatura de bulbo seco — acima de 35 °C em uma tarde de verão na região de São Paulo. Uma torre trabalha por evaporação e está limitada pelo bulbo úmido, da ordem de 23 °C a 24 °C na região conforme a fonte climatológica adotada, ao qual se soma a aproximação da torre, de três a cinco kelvin em torres bem selecionadas.

A diferença de temperatura de condensação entre as duas arquiteturas é substancial, e o ganho é maior justamente nos horários críticos, quando a demanda de refrigeração é máxima — o que afeta também a demanda contratada de energia, além do consumo.

Há um ganho adicional que pesa em processo: a estabilidade. A água de condensação varia menos que o ar ao longo do dia, e um condensador que recebe água em temperatura constante entrega capacidade constante, o que estabiliza a temperatura da água gelada sem depender apenas do controle.

Duas aproximações, dois diagnósticos diferentes

O estado do conjunto se descreve com dois números, e a distinção entre eles é o que localiza a perda.

Na torre, a aproximação é a diferença entre a água fria que sai e o bulbo úmido do ar no momento da medição. Quando ela cresce em relação ao valor de projeto, as causas prováveis são enchimento obstruído por incrustação ou biofilme, distribuição de água irregular por bicos entupidos ou bacia desnivelada, eliminadores de gota comprometidos, ou ventiladores entregando vazão de ar abaixo da prevista — por correia frouxa, pás com passo alterado ou motor com rotação reduzida.

No condensador, a aproximação é a diferença entre a temperatura de condensação e a água que entra. Quando ela cresce, as causas são incrustação nos tubos, vazão de água de condensação abaixo do previsto, ou gases incondensáveis no circuito de refrigerante. Esta última se identifica com o equipamento parado e termicamente estabilizado: comparando a pressão do condensador com a pressão de saturação correspondente à temperatura ambiente, uma pressão acima do esperado indica ar no sistema — e a intervenção é retirá-lo com correção da origem, não limpar tubos.

Medir os dois na partida e acompanhá-los ao longo do tempo é o diagnóstico mais econômico disponível em um sistema de água gelada, porque cada um aponta uma intervenção diferente.

O tratamento de água sustenta os dois números

A causa mais frequente de aproximação crescente, nos dois pontos, é a mesma: água mal tratada. A torre evapora água pura e concentra os sais dissolvidos, e sem purga controlada essa concentração deposita no enchimento e nos tubos do condensador.

O controle se faz por purga, monitorada em geral por condutividade, com ciclos de concentração tipicamente entre três e seis conforme a qualidade da água de reposição. A relação é direta: a purga necessária é a evaporação dividida pelos ciclos menos um. E a evaporação sai do calor latente — rejeitar um quilowatt de calor evapora algo próximo de 1,5 litro por hora, o que em um chiller de 100 toneladas rejeitando em torno de 440 kW dá cerca de 660 litros por hora.

A degradação por incrustação é gradual e não provoca parada, o que a torna capaz de atravessar anos sem correção — e quando avança o bastante, a vantagem que motivou a escolha da condensação a água se dissolve, podendo chegar ao ponto em que o sistema consome mais do que consumiria com condensação a ar.

Há também o controle biológico, que não é opcional: torres operam com água aquecida em contato com o ar, condição que exige tratamento e rotina de limpeza definidos, com implicação sanitária além da térmica.

Controle da temperatura de condensação: o ganho não explorado

Muitas instalações mantêm a temperatura de água de condensação fixa o ano inteiro, ligando e desligando ventiladores para sustentar um valor definido em projeto. Isso desperdiça toda a margem que as condições externas oferecem na maior parte das horas.

Permitir que a condensação acompanhe o bulbo úmido reduz o consumo do compressor em cada hora favorável, e a implementação envolve controle de rotação dos ventiladores e lógica de setpoint variável — sem trocar equipamento de refrigeração. A regra de dois a três por cento por grau dá a ordem de grandeza do retorno.

Há um limite a respeitar: chillers têm uma temperatura mínima de condensação abaixo da qual o controle de expansão perde estabilidade e a diferença de pressão deixa de garantir alimentação adequada do evaporador. Esse valor é dado do fabricante e uma definição de projeto, não um ajuste de campo. Há também um ponto de equilíbrio energético: abaixar demais a condensação exige mais rotação dos ventiladores, e a partir de certo ponto o consumo adicional dos ventiladores supera a economia no compressor — o que faz da otimização do setpoint um cálculo, e não uma regra.

A rotina que sustenta o conjunto

A manutenção de um sistema com torre tem itens que a manutenção de um chiller a ar não tem, e ignorá-los é o que faz a escolha mais eficiente se tornar a instalação mais problemática.

Do lado da torre: limpeza do enchimento e da bacia, verificação da distribuição de água e dos bicos, estado dos eliminadores de gota, condição de correias, mancais e alinhamento dos ventiladores, e controle do tratamento químico com sua purga, acompanhando condutividade, pH e dureza.

Do lado do chiller: limpeza dos tubos do condensador decidida pela aproximação medida, inspeção de compressores e lubrificantes com análise laboratorial do óleo, verificação de estanqueidade com sistema pressurizado e detector eletrônico, análise elétrica e eletrônica com resistência de isolamento comparada ao histórico, e testes de pressão e desempenho. A frequência acompanha o regime: operação intensa pede intervenção a cada três a seis meses, com vistoria completa ao menos uma vez por ano.

Integração chiller e torre na Controlcal

A Controlcal projeta, monta, automatiza e mantém o conjunto — chiller, torre de resfriamento, bombas, tubulação, tratamento e controle — há mais de quarenta anos, em São Paulo, com base na Mooca. Isso muda a natureza do trabalho: em vez de cotar equipamentos isolados, medimos a integração e localizamos onde o sistema está perdendo desempenho.

Fornecemos equipamentos novos, seminovos revisados com garantia e reformados, para venda, locação ou permuta, e reformamos instalações existentes. Em sistema já em operação, a análise de eficiência energética costuma encontrar ganho em três lugares: aproximação recuperável na torre e no condensador, setpoint de condensação fixo que pode ser liberado, e bombeamento operando a vazão constante.