O que é, como funciona e quais as vantagens de um chiller

É difícil encontrar alguém que não saiba o que é um ar-condicionado Split, concorda?

De acordo com dados estatísticos, HVAC (sistemas de aquecimento, ventilação e ar-condicionado) foi a quinta categoria de produtos mais vendidos na Black Friday do Brasil de 2020.

O ar-condicionado há muito deixou de ser considerado um item de luxo. É quase intrínseca a necessidade de um climatizador de ambientes para habitantes de um país como o Brasil, onde as temperaturas mais baixas podem beirar -7°C; e as mais altas, 45°C.

Mas alguns tipos de ar-condicionado não são comumente conhecidos.

Temos duas grandes estrelas do mundo da climatização que merecem destaque: o chiller e o fan coil.

Você pode já ter ouvido falar sobre eles, mas sabe como funcionam e qual a utilidade destes condicionadores de ar?

Vamos te deixar muito bem informado neste assunto. Neste primeiro post, vamos esclarecer todas as suas dúvidas sobre chiller (e caso te restar alguma, deixe-a nos comentários). E num futuro post, será a vez do fan coil.

Acompanhe-nos nesta instrutiva leitura.

O que é um chiller

O chiller é um equipamento de climatização de grande porte, alta tecnologia e notável eficiência, composto essencialmente de um compressor, uma condensadora, um dispositivo de expansão e uma evaporadora. 

Operando com outros equipamentos, como o fancoil, a função do chiller é proporcionar a climatização de ambientes, controlando a temperatura e a umidade do ar de modo otimizado. 

O chiller é um equipamento eficiente, durável e tem ótimo custo-benefício. Por ser um equipamento mais potente que os convencionais, o chiller é indicado para grandes áreas, como laboratórios, hospitais, locais de transporte público, entre muitos outros.

Como funciona um chiller

De acordo com o tipo de condensador, os chillers são classificados em: chiller resfriado a ar, chiller resfriado a água e chiller ​​evaporativo. Vamos te explicar com detalhes como funciona um chiller resfriado a ar e como funciona um chiller resfriado a água.

Como funciona um chiller a água

Num chiller à água, o processo de resfriamento começa quando a água entra no evaporador pelo retorno primário, onde o calor é transferido da água para o refrigerante.

A água agora resfriada é então enviada para o reservatório através da alimentação primária (representada em azul), onde é distribuída pelos diversos espaços climatizados pela bomba d’água. 

Como o calor sempre se move do quente para o frio, conforme explica a Segunda Lei da Termodinâmica, a água gelada absorve o calor ambiente do espaço condicionado no manipulador de ar. Um ventilador então força o ar resfriado para o espaço através dos dutos. A água mais quente é então devolvida ao refrigerador para ser resfriada novamente.

No entanto, o calor absorvido pelo refrigerante (caminho mostrado em verde) no evaporador precisa ser transferido para permitir que o refrigerante absorva mais calor. O refrigerante de baixa pressão e alta temperatura se move do evaporador para o compressor, aumentando a pressão e a temperatura.

Após isso, o refrigerante entra no condensador. Os chillers resfriados a água usam água para envolver os tubos de refrigerante e absorver o calor (caminho mostrado em vermelho).

A água é então bombeada para uma torre de resfriamento para liberar o calor. Após a condensação, o refrigerante passa por uma válvula de expansão para reduzir a pressão e a temperatura antes de retornar ao evaporador, onde o processo recomeça.

Os prós

• Os chillers resfriados a água são geralmente mais eficientes e mais ecológicos que os resfriadores a ar;
• eles têm uma operação mais silenciosa do que os sistemas refrigerados a ar;
• eles são adequados para resfriamento em pequena escala e em escala comercial;
• há soluções portáteis disponíveis em caso de instalações com restrições de espaço.

Os contras

• Os chillers resfriados a água podem ser caros para instalar e manter devido à torre de água de resfriamento, tanques e bomba de água adicionais;
• como exigem um fornecimento constante de água para resfriamento, podem não ser adequados para locais com escassez ou restrições de água;
• requerem tratamento periódico da água do condensador para evitar a formação de depósitos minerais no sistema.

Como funciona um chiller a ar

Tal como acontece com os chillers resfriados a água, o processo começa com o retorno primário trazendo água quente para o chiller. O calor é transferido no evaporador para o refrigerante e a água passa do fornecimento primário para o espaço resfriado.

O refrigerante se move através do compressor para aumentar a pressão e a temperatura e então chega ao condensador. 

Neste ponto, os ventiladores circulam o ar externo através do condensador, que absorve o calor do refrigerante (novamente, a Segunda Lei da Termodinâmica determina que o quente se transforma em frio) antes de expelir esse calor para o ar ambiente. O refrigerante então passa pela válvula de expansão (como antes) e retorna ao evaporador.

Os prós

• Os chillers refrigerados a ar estão disponíveis para resfriamento em pequena escala e em escala comercial, dependendo do tamanho e da capacidade do chiller;
• são mais baratos de instalar e manter do que sistemas refrigerados a água;
• o calor do chiller pode aquecer a instalação durante períodos frios, gerando economia de energia.

Os contras

• Os chillers resfriados a ar usam ventiladores de resfriamento que produzem algum nível de ruído;
• a expectativa de vida de um chiller resfriado a ar pode ser menor do que a de um chiller resfriado a água.

Comparativo entre chiller resfriado a água e chiller resfriado a ar

Embora os componentes dos chillers resfriados a ar e resfriados a água sejam basicamente os mesmos (condensador, válvula de expansão, evaporador e compressor), a principal diferença é como o refrigerante é resfriado.

Em um chiller resfriado a ar, o refrigerante quente que entra no condensador é exposto ao ar atmosférico, rejeitando o calor antes de condensar para o estado líquido. 

Por outro lado, em um chiller resfriado a água, o gás refrigerante quente é enviado para um trocador de calor ou condensador resfriado a água, e o refrigerante é resfriado usando água de uma torre de resfriamento.

Abaixo, uma tabela bem detalhada comparando os dois modelos de chiller que mencionamos neste post.

Onde os chillers são utilizados?

Os chillers têm múltiplos usos e às vezes são preferidos aos sistemas de Split tradicionais porque a água conduz o calor melhor que o ar. É também por isso que os chillers refrigerados a água são conhecidos por serem mais consistentes e eficientes no seu desempenho e por terem uma vida útil mais longa do que os refrigerados a ar.

Os chillers resfriados a água são comuns em instalações de médio e grande porte (desde que tenham abastecimento de água adequado); como aeroportos, hospitais, hotéis, shopping centers, edifícios comerciais, dentre outros diversos locais.

Os chillers resfriados a ar são mais prevalentes em instalações de pequeno e médio porte, onde o espaço e a água podem ser limitados. Os custos de instalação e manutenção destes chillers são inferiores aos dos seus equivalentes refrigerados a água, mas normalmente têm uma vida útil mais curta. Esses chillers são comumente usados ​​em restaurantes, eventos corporativos e esportivos e estruturas temporárias.

Os chillers também são frequentemente usados ​​para aplicações industriais ou médicas. Equipamentos de montagem, canteiros de obras, lasers, máquinas de ressonância magnética e vários outros equipamentos e instalações de alta potência podem exigir resfriadores para manter uma temperatura viável.

Problemas que podem acontecer com um chiller

Corrosão

Os chillers usam tubos metálicos geralmente feitos de cobre ou aço carbono para transferir água entre o chiller e o espaço climatizado.

A simples presença de oxigênio na água pode causar corrosão. Além disso, se o tratamento da água for inadequado; sedimentos, minerais e bactérias podem entrar no sistema provocando corrosão nos metais.

Além disso, qualquer ponto onde sejam utilizados dois metais diferentes pode estar em risco de corrosão devido às suas diferentes propriedades eletroquímicas.

Independente da forma como a corrosão ocorra, ela pode causar vazamentos cujos resultados são dano no equipamento e na área ao seu redor e redução da eficiência do aparelho de climatização.

Se a água e as tubulações forem tratadas adequadamente, o risco de corrosão é significativamente reduzido.

Falta de manutenção

Chillers são máquinas complexas que exigem muita manutenção a fim de serem mantidas em boas condições de funcionamento.

Uma falta de manutenção no chiller pode implicar em corrosão, entupimento, perda de eficiência e uma série de outros problemas. 

Por exemplo, se não for mantido um tratamento adequado de água ou se as torres de resfriamento abertas não forem higienizadas, sedimentos ou partículas podem ser introduzidos no sistema, causando entupimento de tubulações e má transferência de calor.

O condensador de um chiller resfriado a ar pode ser bloqueado por detritos ou ficar coberto de sujeira, o que também reduz a eficiência.

Problemas elétricos

Os sistemas elétricos dentro de um chiller são cuidadosamente projetados e são tão complexos quanto o resto da máquina. Eles podem facilmente ser desequilibrados por um surto de alta tensão ou desgaste.

Se houver um problema de aterramento ou falha na fonte de alimentação, o chiller poderá detectar isso e desligar-se.

Sobrecarregar o chiller pode causar superaquecimento, o que provavelmente acarretará em falha. 

Além disso, os fios e cabos podem ficar soltos ou danificados após a manutenção ou devido negligência, o que pode resultar em mau funcionamento do chiller.

O chiller geralmente trabalha na companhia do fancoil. Conforme comentamos contigo no início, acompanhe a postagem que irá abordar cabalmente esse outro gigante do universo da climatização.