Como escolher o chiller industrial correto

Entre os motivos mais convincentes para a instalação de um resfriador está minimizar o tempo de inatividade através da proteção contínua, que é fornecida ao remover o calor dos equipamentos de processo valiosos e sensíveis à temperatura. Ao mesmo tempo, um resfriador economiza água e custos associados ao recircular e reutilizar o próprio abastecimento de água da fábrica. O custo da água de resfriamento pode aumentar rapidamente, especialmente se o equipamento de processo funcionar por vários turnos por dia. Ao introduzir um resfriador no sistema, é possível ignorar os custos e a necessidade de um abastecimento de água municipal e descarga de efluentes monitorados, além de contribuir para economias substanciais dentro dos orçamentos de produção. Além disso, com os mais recentes desenvolvimentos em tecnologia de resfriadores, o retorno do investimento de capital pode ser realizado em um período muito curto da vida útil do equipamento.

Ao especificar uma instalação de resfriador, um conhecimento funcional dos fatores de desempenho do resfriador é fundamental para a obtenção do produto correto. O que precisa ser determinado é: o tipo de fluido de processo que será utilizado, a temperatura de resfriamento do processo, os requisitos de vazão e pressão, o ambiente operacional, a temperatura ambiente, o tamanho necessário para o resfriador e as restrições de espaço do local.

Os principais fatores a serem lembrados ao considerar os fluidos de resfriamento adequados para um processo são as características de desempenho e a compatibilidade com os equipamentos. O desempenho de um fluido de arrefecimento se baseia em suas propriedades a uma determinada temperatura. Os parâmetros relevantes são o calor específico, a viscosidade e os pontos de congelamento/ebulição. Há uma relação direta entre a capacidade específica de aquecimento e resfriamento. Para manter a integridade do sistema e estender o desempenho ideal, recomenda-se misturar uma porcentagem de etileno ou propilenoglicol (normalmente na faixa de 10 a 50%) à água quando temperaturas baixas ou altas do ponto de ajuste são necessárias. Em termos de compatibilidade, o potencial de corrosão e a degradação precoce das vedações são modos de falha comuns para sistemas incorretamente dimensionados. É por isso que os materiais de construção e a natureza dos fluidos devem ser uma consideração importante, e por que se recomenda a inclusão de um inibidor de corrosão no fluido de arrefecimento. No entanto, nos últimos desenvolvimentos da tecnologia dos resfriadores, o tanque de armazenamento e as peças hidráulicas das bombas centrífugas são construídos em aço inoxidável para evitar a contaminação da água do processo com partículas de ferrugem, além de fornecer níveis mais altos de confiabilidade e controle de temperatura. Da mesma forma, modernos condensadores de microcanais totalmente em alumínio são projetados para fornecer vida útil prolongada sem corrosão, exigindo 30% menos carga de refrigerante em comparação com outros tipos de trocador de calor.

A temperatura do ponto de ajuste afetará a capacidade de resfriamento de um resfriador. A diminuição da temperatura colocará mais carga no sistema de refrigeração e vice-versa para aumentá-la. Há uma relação direta entre a temperatura na qual o resfriador foi ajustado e sua capacidade total de resfriamento. Portanto, é importante revisar os dados de desempenho publicados para o resfriador em relação à instalação proposta. Ao mesmo tempo, se o resfriador for destinado a um local exposto, é igualmente importante estabelecer o nível de proteção contra congelamento necessário, ou seja, a temperatura mais fria do fluido proveniente do resfriador durante a operação.

Embora a vida útil da bomba seja uma consideração primária ao configurar um sistema de resfriamento industrial, a perda de pressão no sistema e a vazão necessária devem ser determinadas primeiro pelo tamanho e desempenho da bomba.
Pressão: uma bomba subdimensionada reduzirá a vazão do fluido ao longo de todo o ciclo de resfriamento. Se o resfriador tiver sido equipado com alívio de pressão interna, o fluxo será desviado ao redor do processo e de volta para o resfriador. Se não houver alívio de pressão interna, a bomba tentará fornecer a pressão necessária e funcionará no que é chamado de falta de pressão da bomba, ou limite. Quando esse estado ocorre, a vida útil da bomba pode ser reduzida drasticamente, o líquido deixa de fluir e o líquido na bomba aquece, eventualmente evaporando e interrompendo a capacidade da bomba de esfriar, levando a um desgaste excessivo de rolamentos, vedações e impulsores.A determinação da perda de pressão em um sistema requer o posicionamento de manômetros na entrada e na saída do processo e, em seguida, a aplicação da pressão da bomba para obter valores na vazão desejada.
Vazão: o fluxo inadequado através do processo produzirá uma transferência inadequada de calor, de modo que o fluxo não removerá o calor necessário para a operação segura do processo. À medida que a temperatura do fluido aumenta além do ponto de ajuste, as temperaturas da superfície/componente também continuarão a subir até que uma temperatura em estado estável acima do ponto de ajuste inicial seja atingida.A maioria dos sistemas de resfriadores detalhará os requisitos de pressão e vazão. Ao especificar a remoção de carga de calor necessária como parte do projeto, é importante considerar todas as mangueiras, encaixes, conexões e alterações de elevação integradas ao sistema. Esses recursos auxiliares podem aumentar significativamente os requisitos de pressão se não dimensionados adequadamente.

Temperatura ambiente: a capacidade de um resfriador arrefecido a ar para dissipar o calor é afetada pela temperatura ambiente. Isso ocorre porque o sistema de resfriamento usa o gradiente de temperatura do ar ambiente/refrigerante para induzir a transferência de calor para o processo de condensação. Uma elevação da temperatura do ar ambiente diminui o diferencial de temperatura (ΔT) e, subsequentemente, reduz a transferência total de calor. Se o resfriador faz uso de um condensador arrefecido a líquido, altas temperaturas ambientes ainda podem ter efeitos negativos sobre os principais componentes, como o compressor, a bomba e os componentes eletrônicos. Esses componentes geram calor durante o funcionamento, e temperaturas elevadas reduzirão a vida útil. Como orientação, a temperatura ambiente máxima típica para resfriadores não classificados externamente é de 40 °C.
Restrições de espaço: para manter a temperatura do ar ambiente adequada, é importante fornecer um espaço de circulação do ar adequado ao redor do resfriador. Sem o fluxo de ar adequado, a recirculação de um volume inadequado de ar aquece rapidamente. Isso afeta o desempenho do resfriador e pode danificar a unidade do resfriador.

Selecionar um resfriador de tamanho correto é uma decisão fundamental. Um resfriador abaixo do tamanho ideal sempre será um problema – nunca será possível resfriar adequadamente o equipamento de processo e a temperatura da água de processo não será estável. Em contraste, um resfriador superdimensionado nunca poderá funcionar no nível mais eficiente e se mostrará mais caro de operar. Para determinar o tamanho correto da unidade para a aplicação, é necessário saber a vazão e a energia térmica que o equipamento de processo está adicionando ao meio de arrefecimento, ou seja, a mudança na temperatura entre a água de entrada e de saída, expressa como ∆T. A fórmula para fins de cálculo é: energia térmica por segundo (ou mais comumente conhecida como energia) = vazão de massa x capacidade de calor específica x mudança de temperatura (∆T)’. A capacidade de calor específica da água é nominalmente expressa como 4,2 kJ/kg K, mas se contiver uma percentagem de aditivos a base de glicol, esse valor é aumentado para 4,8 kJ/kg. K Nota: 1K = 1 °C e a densidade da água é 1, ou seja, 1l do volume de água = 1 kg da massa da água. Veja aqui um exemplo da aplicação da fórmula para determinar a potência corretamente dimensionada para o resfriador para lidar com uma vazão de água de 2,36 l/s (8,5 m3/h). Com uma mudança de temperatura de 5 °C: energia térmica por segundo (kJ/s ou kW) = 2,36 l/s (vazão) X 5 °C (∆T) X 4,2 kJ /kg K (capacidade de calor específico da água pura), tamanho do resfriador necessário = 49,6 kW. Como alternativa, a carga de calor a ser resfriada pode já ser conhecida, caso em que a fórmula pode ser reorganizada para determinar a diferença de temperatura (∆T) que pode ser atingida com diferentes vazões (com diferentes tamanhos de bomba). Pode haver outras circunstâncias que podem influenciar a escolha do tamanho. O planejamento de futuras expansões da fábrica, a exposição a altas temperaturas ambientes ou a localização em altitudes elevadas podem levar à especificação de outro tamanho para a unidade.

Na geração mais recente e avançada de resfriadores industriais, a facilidade de manutenção, a segurança operacional, e o controle e a conectividade inteligentes são recursos que se destacam de seus projetos. Por exemplo, se são construídos com proteção IP54, níveis de ruído mais baixos que permitem o uso dos resfriadores em ambientes internos ou externos, mesmo em temperaturas ambientes de até -45 °C. Eles são especificamente projetados para facilitar o acesso aos componentes instalados – sistemas de refrigeração na frente e o conjunto de circulação da água de resfriamento na parte posterior. Portas amplas na carenagem e disposição inteligente diminuem o tempo de manutenção e possibilitam uma inspeção fácil para evitar quebras. Os novos modelos inovadores presentes no mercado incluem uma vasta gama de dispositivos de segurança, como interruptores de vazão e de nível, sondas térmicas, sondas de pressão, aquecimento do cárter e filtros que permitem que o resfriador funcione de forma segura. Além disso, um sistema de refrigeração totalmente vedado hermeticamente impede que o gás refrigerante vaze e exige manutenção zero. As regulamentações da FGAS do Reino Unido exigem uma inspeção semestral, e em sistemas de refrigeração maiores, por um engenheiro certificado da FGAS. A inclusão de um relé de sequência de fase garante que não haja risco de danos ao compressor em caso de fiação incorreta. Nesses novos projetos, um controlador de tela sensível ao toque opera com algoritmos de baixo consumo de energia, combina todos os sensores do resfriador em um único sistema e emite avisos no momento certo em caso de desvio dos parâmetros operacionais. Conectividade plena é obtida com o recurso de monitoramento remoto inteligente integrado em resfriadores de 11 kW ou mais. Com isso, fornece-se dados da máquina ao usuário, em tempo real, em um formato claro para garantir a eficiência ideal.