Quando pensamos em chillers, geralmente pensamos nos sistemas projetados para fazer o trabalho pesado quando se trata de resfriar grandes instalações – lojas de varejo, torres de escritórios, shopping centers, terminais de aeroportos, campi universitários e similares.Embora sejam principalmente para refrigeração, os chillers produzem calor que também pode ser utilizado, como para água quente sanitária ou mesmo para aquecimento de ambientes, muitas vezes com assistência.
Simplificando, um chiller utiliza um refrigerante e os princípios da termodinâmica para remover o calor de um espaço condicionado.Mas “chiller” é um termo amplo que abrange diferentes configurações de sistema, tecnologias de refrigeração e métodos de rejeição do calor capturado. Tipos de tanque de GNV
Existem dois tipos principais de resfriadores.Os resfriadores de compressão usam um sistema mecânico para alterar o estado do refrigerante e movê-lo.Os chillers de absorção usam uma fonte de calor para conduzir o ciclo de refrigeração.
O NEWS pediu recentemente a especialistas de todo o setor que explicassem vários sistemas e tecnologias de chillers e as vantagens, limitações e usos típicos de diferentes tipos de chillers.Aqui está o que eles tinham a dizer.
Como funciona: Os principais componentes de um resfriador de compressão são um evaporador, um compressor motorizado, um condensador e uma válvula de expansão, disse Rob Tanner, diretor de marketing de produtos para equipamentos aplicados da Johnson Controls Inc.
Um resfriador de compressão comprime mecanicamente um gás refrigerante e o envia através do ciclo de refrigeração por compressão.“Dentro deste ciclo, a água gelada é produzida dentro do evaporador e enviada através de serpentinas de resfriamento nas unidades de tratamento de ar (AHUs) localizadas em todo o edifício”, disse Tanner.
FUNCIONAMENTO QUENTE E FRIO: A bomba de calor YORK CYK é uma combinação de chiller-bomba de calor que utiliza dois compressores centrífugos para fornecer temperaturas de água mais altas em comparação com um chiller com recuperação de calor e pode fornecer água quente e gelada simultaneamente.A unidade pode economizar no uso de água e nos custos operacionais em comparação com o emparelhamento de um resfriador e uma caldeira para resfriamento e aquecimento.(Cortesia da Johnson Controls Inc.)
O ar é soprado sobre as serpentinas de resfriamento e as AHUs movem o ar resfriado pelo edifício e transferem o calor indesejado de volta ao circuito de água do resfriador.O calor é absorvido pelo refrigerante que flui através do trocador de calor e depois retorna ao compressor, de acordo com Jeff Sturgeon, gerente do centro de treinamento do sul da Califórnia no National Comfort Institute (NCI).
“Depois que ocorre a rejeição de calor, a água gelada retorna ao condensador para repetir o ciclo”, disse Tanner.
Um resfriador de compressão emprega uma das quatro tecnologias de compressão mecânica.
Os compressores centrífugos usam impulsores rotativos para adicionar energia cinética ao refrigerante, disse Eddie Rodriguez, gerente sênior de produtos da Danfoss.“O impulsor então aumenta a velocidade do fluido, o que adiciona energia e aumenta a pressão”, disse ele.
Os compressores parafuso, scroll e alternativos aumentam a pressão do refrigerante, diminuindo seu volume, disse Rodriguez.Um compressor de parafuso usa um parafuso helicoidal giratório, um compressor scroll emparelha uma scroll estacionária com uma scroll orbital para criar a pressão e um compressor alternativo usa um sistema de pistão;todas as três tecnologias são chamadas de “deslocamento positivo”, disse Rodriguez.
TURBOCOR: Um compressor centrífugo Danfoss Turbocor TGS380, usado em chillers de compressão de vapor.A tecnologia Turbocor utiliza rolamentos magnéticos isentos de óleo, um acionamento de velocidade variável, compressão de dois estágios e um motor síncrono de ímã permanente.(Cortesia da Danfoss)
Aplicações: A capacidade de refrigeração dos chillers de compressão varia amplamente de acordo com o tipo de tecnologia de compressão utilizada.Os resfriadores de compressão scroll e alternativo são normalmente usados para aplicações menores, os resfriadores de compressão de parafuso são para aplicações de médio porte e os resfriadores de compressão centrífuga são para aplicações de médio a grande porte, disse Rodriguez.
“Os chillers de compressão de vapor são sistemas dinâmicos que podem ser projetados para atender a uma ampla gama de demandas de instalações e metas de descarbonização”, disse Tanner.
Os chillers refrigerados a ar com compressores scroll podem variar em capacidade entre 15 e 35 toneladas de refrigeração, disse Tanner, enquanto, para aplicações maiores, alguns modelos de chillers, equipados com dois compressores centrífugos cada, podem fornecer até 6.000 toneladas.
“Pode ser necessário preparar vários chillers, dependendo das cargas de resfriamento”, disse Tanner.“Além disso, vários tipos de chillers podem ser combinados para atingir a carga e o desempenho desejados.A redundância no projeto do sistema de resfriamento também pode ser vantajosa em instalações críticas, como hospitais e data centers, para minimizar o tempo de inatividade.”
Benefícios: Os benefícios dos chillers de compressão, disse Tanner, incluem sua ampla faixa de capacidade e sua capacidade de atender a grandes demandas de resfriamento de grandes edifícios.
Considerações: As desvantagens, segundo os especialistas, incluem o ruído do compressor, que pode ser maior em chillers alternativos, e a necessidade de espaço em um porão ou sala mecânica para acomodar o equipamento (cargas de resfriamento maiores exigem áreas maiores do chiller).
Como funciona: Um chiller de absorção depende de uma fonte de aquecimento, ou calor residual, para iniciar o ciclo de refrigeração por absorção.Um refrigerante, geralmente água, é misturado com outra solução que funciona como absorvente, geralmente brometo de lítio, mas às vezes amônia, disse Sturgeon.
À medida que a mistura é aquecida, a água se transforma em vapor, disse Tanner.“O brometo de lítio retorna à câmara de absorção e o vapor d'água sobe para o condensador”, disse ele.“O vapor d'água então viaja para uma torre de resfriamento, onde se condensa novamente em líquido e flui para um evaporador de baixa pressão.Devido a esta queda repentina de pressão, a água é rapidamente resfriada a uma temperatura baixa repentina.A água resfriada flui através de um circuito de água selado separado que transporta calor indesejado de dentro do edifício.”
Aplicações: As aplicações para chillers de absorção têm sido tradicionalmente limitadas devido à sua dependência de uma fonte de calor, disse Tanner, mas o uso de calor residual recuperado está ampliando as aplicações.“O Departamento de Energia dos EUA identificou os chillers de absorção como um dos principais sistemas combinados de calor e energia (CHP) necessários para gerar energia acessível, confiável e de baixa emissão”, disse ele.
Os chillers de absorção podem variar em tamanho, desde chillers a gás para uso residencial, que fornecem duas toneladas de resfriamento, até grandes chillers com capacidade de até 5.000 toneladas, disse Sturgeon.Eles são normalmente usados para edifícios de médio e grande porte, bem como para a construção de campi, disse ele.
Benefícios: As vantagens, segundo os especialistas, incluem níveis de ruído reduzidos, em comparação com o uso de chillers de compressão;eficiência, especialmente quando o calor residual é utilizado como fonte de aquecimento;e a falta de peças móveis que normalmente significa custos de manutenção reduzidos.
Considerações: As limitações, de acordo com Tanner, são que um resfriador de absorção que utiliza calor residual requer uma fonte de calor de alta qualidade e que a solução de brometo de lítio usada como absorvente corre o risco de cristalizar.
Embora os chillers forneçam resfriamento a um espaço, eles próprios precisam ser resfriados;isto é, o calor capturado precisa ser rejeitado do sistema.Isso pode ser feito pela água, pelo ar e pela evaporação.
Como funciona: Com o resfriamento a água, o calor capturado é rejeitado do edifício, resfriando o condensador com água em uma torre de resfriamento externa, que geralmente fica localizada no telhado ou próximo ao edifício.Parte da água usada para resfriar o condensador irá evaporar na atmosfera.
Aplicações: O resfriamento a água pode ser usado tanto para resfriadores de compressão quanto para resfriadores de absorção, embora Tanner tenha dito que os resfriadores de compressão centrífuga são principalmente resfriados a água.Os chillers resfriados a água podem ser usados em edifícios de diversos tamanhos, mas são mais comuns em instalações maiores.
Benefícios: O resfriamento a água pode rejeitar o calor dos chillers com maior capacidade de remoção de calor;é eficiente, especialmente para grandes cargas de refrigeração;e reduz os custos de energia, em comparação com o resfriamento a ar, ao usar água em vez de ventiladores elétricos, disse Tanner.
Considerações: Os chillers resfriados a água exigem um fornecimento constante de água, o que pode representar um problema em áreas com mandatos de conservação de água, disse Tanner.Por terem mais componentes, os chillers resfriados a água têm custos de instalação e manutenção mais elevados, e também exigem uma área de cobertura maior do sistema, disse Rodriguez.
Como funciona: “Os chillers resfriados a ar dispersam o calor na atmosfera por meio da operação de ventiladores elétricos forçados sobre um condensador aberto”, disse Tanner.
“O calor da carga de aplicação é transferido do circuito de água resfriada do evaporador para o refrigerante no condensador”, explicou Rodriguez.“O calor no condensador é então rejeitado para a atmosfera por meio de ventiladores.”
Aplicações: Os chillers resfriados a ar podem ser usados em uma variedade de aplicações e são mais prováveis de serem encontrados em edifícios menores.
Benefícios: Um chiller refrigerado a ar ocupa um espaço mais compacto em comparação com um chiller refrigerado a água de capacidade semelhante e elimina a necessidade de uma torre de resfriamento.“Os sistemas muitas vezes podem ser instalados no telhado ou no solo”, disse Tanner.Os chillers refrigerados a ar também utilizam menos água e têm custos mais baixos de manutenção e instalação.
Considerações: As limitações, no entanto, incluem capacidades de resfriamento mais baixas do que os chillers resfriados a água e menor eficiência energética devido ao uso de eletricidade para alimentar os ventiladores de resfriamento.À medida que a temperatura do ar exterior aumenta, disse Sturgeon, a capacidade e a eficiência de um refrigerador refrigerado a ar são reduzidas.
Como funciona: O resfriamento evaporativo pode ser descrito como um híbrido de resfriamento a água e resfriamento a ar, disseram Sturgeon e Troy Reineck, que gerencia treinamento na Evapco Inc., que projeta e fabrica equipamentos de transferência de calor.
Embora o resfriamento a água, ou resfriamento evaporativo indireto, envolva alguma evaporação na torre de resfriamento, “o resfriamento evaporativo direto usa evaporação na entrada da serpentina do condensador em um resfriador resfriado a ar para reduzir os impactos das condições do ar ambiente no desempenho e na eficiência”, disse Sturgeon. .“É necessário um ambiente muito quente e normalizá-lo parcialmente para reduzir perdas de eficiência e capacidade.”
“A água quente de uma fonte de calor é misturada com o ar ambiente frio”, disse Reineck.“Uma pequena porcentagem da água evapora, removendo o calor da água restante, e o ar quente é descarregado na atmosfera.”
Aplicações: O resfriamento evaporativo pode ser usado para chillers que fornecem resfriamento confortável para uma variedade de instalações, incluindo escolas, condomínios e escritórios, e também é usado em processos industriais que exigem grandes quantidades de calor, disse Reineck.
Benefícios: “A água é um meio muito eficiente de transferência de calor”, e o resfriamento evaporativo não requer tanto movimento de ar quanto o resfriamento a ar, disse Reineck.“Se preciso movimentar menos ar, não preciso de tantos ventiladores.”
Considerações: A água no sistema de resfriamento precisará ser mantida para regular o conteúdo mineral e evitar a corrosividade.Pode representar problemas em uma área com regulamentações de uso de água ou com abastecimento de água limitado.
“Algumas áreas não fornecem ou não podem fornecer a quantidade de água necessária”, disse Reineck.
CICLO DE ABSORÇÃO: Uma ilustração simplificada do ciclo de refrigeração por absorção utilizado em chillers de absorção.(Cortesia de Trane)
CICLO DE COMPRESSÃO: Uma ilustração simplificada do ciclo de refrigeração por compressão de vapor em um sistema de resfriamento.(Cortesia de Trane)
Matt Jachman é editor de legislação do ACHR NEWS.Ele tem mais de 30 anos de experiência em jornalismo comunitário e é bacharel em inglês pela Wayne State University, em Detroit.
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