Em muitas fábricas e laboratórios, o sistema de água gelada mantém os processos estáveis e os equipamentos seguros. Este artigo explica como funciona o sistema de água gelada de um resfriador industrial.

1 O que é um sistema de água gelada de um resfriador industrial

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Um sistema de água gelada é um circuito fechado que remove o calor de um processo e o libera para o exterior. O chiller produz água fria. As bombas movem essa água para as máquinas que precisam de resfriamento. O calor sai do processo e entra no chiller, depois sai do chiller e é liberado para a atmosfera por meio de uma torre de resfriamento ou pelo lado do ar.

2 Componentes do sistema de água gelada

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O chiller

• Evaporador
 
O evaporador é o local onde a água do processo libera seu calor. Projetos comuns incluem casco e tubo e placas brasadas. Busque uma aproximação estreita entre o refrigerante e a água. Uma pequena aproximação significa maior capacidade e menor carga no compressor.
 
• Compressor
 
Chillers industriais usam compressores de parafuso, centrífugo ou scroll. Máquinas de parafuso e centrífugas são comuns para cargas maiores. O controle do compressor é uma alavanca importante para a eficiência.
 
• Condenser
 
A water cooled condenser works with an external cooling tower. An air cooled condenser rejects heat directly to the plant air. Water cooled designs usually win on efficiency. Air cooled designs win on simplicity and lower water use.
 
• Válvula de expansão
 
A válvula de expansão controla o fluxo de refrigerante para o evaporador. Sistemas modernos podem usar válvulas de expansão eletrônicas para controle preciso do superaquecimento. O superaquecimento adequado protege os compressores e mantém a umidificação correta do evaporador.

Sistema de circulação de água gelada

• Bomba de água
 
As bombas movem a água gelada pelo circuito. Bombas de velocidade variável com acionamento de motor permitem controle de pressão diferencial e economizam muita energia do motor. Selecione bombas para atender ao fluxo de projeto e à altura líquida positiva de sucção.
 
• Tubulação de água gelada
 
As linhas de suprimento e retorno formam o circuito. O isolamento é importante. Um isolamento ruim aumenta a carga e a água gelada pode nunca chegar ao ponto de uso.
 
• Equipamento de tratamento de água
 
Calcário, corrosão e crescimento biológico prejudicam a transferência de calor. O tratamento geralmente inclui filtração, inibidores químicos e biocida periódico.
 
• Bombas primária e secundária
 
Para sistemas com múltiplos chillers ou cargas de fluxo variável, o arranjo primário-secundário é comum. O circuito primário força o fluxo através do pacote do chiller. O circuito secundário lida com o fluxo do edifício ou do processo. Este projeto isola a máquina de grandes variações de carga e ajuda a evitar ciclos curtos.

Carga

As cargas variam amplamente. Em uma fábrica de plásticos, um molde pode precisar de controle rigoroso da temperatura da água para evitar a contração das peças. Em racks de imagem médica, a necessidade de resfriamento é constante e baixa. Ajuste a capacidade do chiller à carga térmica máxima esperada e ao ΔT esperado. Sobredimensionar provoca ciclos curtos. Subdimensionar provoca superaquecimento.

Sistema de controle

• Sensores e controladores de temperatura
 
Os sensores de suprimento e retorno devem estar em um tubo reto conectado ao fluxo total. Os loops de controle usam essas leituras para ajustar a velocidade do compressor e da bomba.
 
• Monitoramento de pressão e fluxo
 
Um sensor de pressão diferencial no evaporador indica incrustações. Medidores de fluxo nos principais ramais confirmam a circulação real.

Outros componentes

• Torre de resfriamento
 
Chillers resfriados a água rejeitam calor para a torre de resfriamento. O desempenho da torre depende da aproximação à temperatura de bulbo úmido e do preenchimento limpo.
 
• Tanque de bypass ou de buffer
 
Tanques de buffer armazenam massa térmica e reduzem o risco de ciclos curtos. Também estabilizam o ΔT em sistemas de fluxo variável. O dimensionamento do tanque depende do volume do sistema e das características da bomba.

3 Como funciona um sistema de água gelada

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Água quente retorna da carga

A água de retorno quente chega ao chiller transportando o calor do processo.

Absorção de calor no evaporador

À medida que a água quente atravessa o evaporador, seu calor é transferido para o refrigerante. O refrigerante ferve e sai como vapor de baixa pressão.

Circulação de água gelada

A bomba empurra a água gelada de volta para a carga. Se a carga diminuir, o sistema de controle reduz a capacidade do compressor ou desacelera as bombas. Em um layout primário-secundário, a bomba primária mantém o fluxo correto através do chiller enquanto a bomba secundária atende à carga.

Controle e monitoramento

Um controlador de chiller gerencia a sequência, o histórico de alarmes e as alterações remotas de setpoint. Os controles típicos incluem sequenciamento de chillers líder e seguidor, redefinição do setpoint da água gelada com base nas condições externas e alarmes de baixo fluxo e alta aproximação.

4 Como manter um sistema de água gelada

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Inspecionar bombas e válvulas

Verifique as bombas quanto a vibração e ruídos incomuns durante as rondas diárias. Inspecione as vedações mecânicas e o alinhamento do acoplamento mensalmente. Acione as válvulas mensalmente e registre o curso e a posição. Substitua rolamentos e vedações desgastados durante paradas programadas.

Limpeza de tubulações e trocadores de calor

Monitore a pressão diferencial através dos filtros e do evaporador. Um aumento da pressão diferencial indica incrustação. Use limpeza por retrolavagem sempre que possível. Para incrustações pesadas, realize descalcificação química durante paradas programadas.

Teste de qualidade da água

Colete amostras de água conforme o cronograma definido com o fornecedor de tratamento. As verificações típicas incluem pH, dureza, condutividade e presença microbiana. Ajuste os inibidores para manter a concentração recomendada.

Calibrar sensores de temperatura

Verifique os sensores de suprimento e retorno regularmente. Um simples banho de gelo ou termômetro calibrado confirmará a precisão. Leituras de temperatura incorretas levam a decisões de controle inadequadas e aumentam o consumo de energia ou causam desvios térmicos.

Conclusão

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