O controle de temperatura é algo primordial para alcançar a fase final de um produto, mantendo a sua qualidade e prezando a proteção dos equipamentos.
Os chillers industriais, neste cenário, ganham destaque devido a sua função de remover calor de máquinas, fluidos e processos produtivos.
E sua atuação está presente em setores como plástico, alimentos, farmacêutico, químico e metalúrgico, contribuindo para as condições térmicas que devem seguir limites pré-estabelecidos para o sucesso da operação.
Contudo, selecionar um chiller pode ser mais criterioso do que se imagina. Esses equipamentos contam com diferentes tecnologias e configurações. A escolha entre um ou outro vai depender de fatores como carga térmica, temperatura de trabalho, consumo de energia e condições de instalação.
Como funciona um chiller industrial?
O chiller é, em resumo, um resfriador. Ele é um equipamento que visa transferir o calor de um fluido, que geralmente é água ou uma mistura de água com glicol, para outro meio, como o ar ambiente ou a água de uma torre de resfriamento.
Em suma, o fluido em menor temperatura (resfriado) circula o sistema que deve ter a temperatura controlada, absorve calor deste sistema, e então volta para o sistema de resfriamento novamente.
Os chillers são compostos pelos mesmos componentes principais de sistemas de refrigeração por compressão de vapor:
- Evaporador: aqui, o refrigerante absorve calor do fluido que precisa ser resfriado.
- Compressor: responsável por elevar a pressão e a temperatura do refrigerante, permitindo a continuidade do ciclo.
- Condensador: transfere o calor para o ar ou para a água de resfriamento, fazendo o refrigerante condensar.
- Válvula de expansão: reduz a pressão do refrigerante e controla sua entrada no evaporador.
Além dos componentes descritos, há outros que são imprescindíveis para o funcionamento e controle de temperatura do chiller, tais como sensores de temperatura e pressão, controladores eletrônicos, bombas e válvulas.
Em sistemas maiores, até mesmo inversor de frequência pode ser utilizado para controlar mais precisamente o compressor e bombas, resultando também no consumo de energia quando a demanda térmica diminui.
Quais são os principais tipos de chillers industriais?
Em suma, a classificação dos chillers explica como eles rejeitam calor.
Chiller resfriado a ar
Comecemos pelo chiller resfriado a ar, o qual o seu condensador utiliza o ar ambiente para dissipar o calor, por meio de ventilação mecânica forçada (ventiladores).
Esse chiller é conhecido pela sua simplicidade, o que inclusive é a sua maior vantagem. Isso faz da sua instalação ser simples, já que não é necessário uma torre de resfriamento nem um circuito de água dedicado ao condensador.
Contudo, seu desempenho pode não ser o melhor, já que depende das condições ambientais.
Exemplo: locais muito quentes fazem com que a eficiência seja reduzida e, portanto, o consuma mais energia para atender à mesma carga térmica.
Então, combinando os fatos de que o chiller resfriado a ar se trata de um equipamento mais simples e que pode ser menos eficiente, torna-se uma alternativa utilizá-lo em plantas de pequeno e médio porte, bem como em instalações com espaço mais restrito.
Chiller resfriado a água
No chiller resfriado a água, o condensador transfere calor para a água, que geralmente circula até uma torre de resfriamento para dissipá-lo ao ambiente.
Ao contrário do chiller resfriado a ar, o chiller resfriado a água apresenta boa eficiência, e por isso é utilizado em instalações de maior porte.
Contudo, toda sua precisão e eficiência faz com que esse sistema exige infraestrutura hidráulica, tratamento e controle da qualidade da água, os quais podem ser associados a maiores cuidados (R$) na manutenção.
Chiller de compressão de vapor
Essa é uma das tecnologias mais utilizadas na refrigeração industrial. Seu sistema utiliza o compressor para mover o refrigerante pelo circuito e o resfriamento é mais controlado e mais eficiente, além de grande capacidade frigorífica.
Chiller de absorção
O chiller de absorção, por sua vez, utiliza combinações de fluidos (como água e brometo de lítio ou amônia e água) para promover o ciclo de refrigeração, diferente do chiller de compressão de vapor que utiliza um compressor para esse trabalho.
Quando a planta dispõe de calor residual, vapor ou outra fonte térmica, esse chiller pode ser viável.
Escolhendo o chiller ideal para sua planta
Como diferentes chillers apresentam diferentes características, considerá-las se torna fundamental para uma operação contínua.
Na prática, avaliar as condições reais do processo, a infraestrutura disponível e a capacidade frigorífica resume tudo o que vamos falar a partir de agora.
Mas, vamos entender tudo isso passo a passo.
1. Determine a carga térmica
A carga térmica é, basicamente, o calor que deve ser removido do processo. Se no seu ambiente, você tem motores, máquinas de injeção plástica, reatores, trocadores de calor, equipamentos de corte ou outras fontes, considere-as.
Caso queira fazer uma estimativa inicial para o resfriamento de um fluido, utilize a fórmula:
Q = ṁ × Cp × ΔT
Em que Q é a carga térmica, ṁ é a vazão mássica do fluido, Cp é o calor específico e ΔT é a diferença entre as temperaturas de entrada e saída.
O resultado “sairá” em watts, desde que as unidades sejam compatíveis. O dimensionamento definitivo também deve considerar cargas variáveis, perdas térmicas e condições de pico, evitando tanto a falta de capacidade quanto o superdimensionamento.
2. Verifique as temperaturas de operação
A temperatura de operação é importante devido ao fato de que, quanto menor a temperatura desejada em relação às condições ambientais, maior pode ser o esforço energético do sistema.
Isso, inclusive, também traz uma perspectiva da importância de avaliar a temperatura de retorno, que deve ser considerada junto da vazão necessária e a possibilidade de utilizar água com glicol, especialmente em aplicações que exigem temperaturas próximas ou inferiores a 0 °C.
Então, a temperatura de operação indica indiretamente qual chiller utilizar, considerando os limites operacionais de cada um.
3. Compare o consumo energético
O consumo energético é um parâmetro de interesse da gestão de empresas em geral. Esse consumo não depende somente da potência nominal do equipamento, mas também das condições de carga, temperatura ambiente e funcionamento dos componentes auxiliares.
Chillers que utilizam inversores de frequência em bombas e ventiladores podem oferecer bons resultados, assim como aqueles com compressores de capacidade variável.
4. Avalie a infraestrutura disponível
O espaço físico para a instalação é um fator que deve ser somado aos demais, já que pode ser um empecilho e tanto não haver disponibilidade de água ou ainda se não houver disponibilidade de construção de torre de resfriamento.
5. Manutenção e continuidade operacional
Falhas no sistema de refrigeração do chiller podem provocar perda de qualidade, redução de produtividade e interrupção da linha de produção.
Para evitar um ocorrido como este, é preciso dar atenção a componentes em geral, como filtros, trocadores de calor, bombas, válvulas, sensores e componentes elétricos.
Além disso, para qualquer problema mais sério que necessite de intervenção corretiva, é necessário que haja disponibilidade de peças para substituição.
Conclusão
Em chillers industriais, a capacidade térmica, condições ambientais, custos de instalação, confiabilidade operacional e requisitos de processo devem ser considerados em conjunto, assim como a sua eficiência, a qual começa no dimensionamento.
Uma vez considerados, o equipamento dimensionado atende às necessidades do processo sem consumir energia desnecessariamente ou operar constantemente próximo do limite.
