Conceito e dimensionamento de um Chiller

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3 – TIPOS DE CONDENSAÇÃO

3.1 – Condensação a água

Nos chillers de condensação a água, o refrigerante libera calor para a água em seu condensador. A água vem de uma torre de resfriamento que troca calor com o ambiente e tem como função esfria-la após ser aquecida pelo refrigerante na condensadora. O refrigerante arrefecido vai para a válvula de expansão dando continuidade ao ciclo.

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O chillers desse tipo de condensação possuem cargas térmicas maiores, e assim são preferencialmente usados em projetos de grande porte. A instalação deste componente é flexível já que pode ser em qualquer lugar, como por exemplo no subsolo da edificação.

A condensação a água apresenta inúmeras vantagens, como: alta flexibilidade com relação a escolha da localização e da quantidade de fan-coils; se comparado aos sistemas unitários a carga elétrica instalada é menor; e permite termoacumulação. Em contrapartida, também apresenta algumas desvantagens, como: obrigatoriedade de uma torre de resfriamento, maior consumo de água devido a evaporação na torre; e custo mais elevado da instalação e da manutenção.

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3.2 – Condensação a ar

A principal diferença entre os chillers de condensação a ar e a água é justamente o processo de troca de calor na condensadora.

O chiller de condensação a ar utiliza a passagem de uma corrente de ar pelo condensador para trocar calor com o fluído refrigerante, arrefecendo-o. A circulação do ar é feita por ventiladores localizados na parte superior do refrigerador. Por este motivo, não há a necessidade de torre de resfriamento; então, esse tipo de chiller utiliza menos espaço físico e por isso deve ser sempre instalado em locais abertos para o ambiente.

As principais vantagens e desvantagens se assemelham com a condensação a água. No entanto, comparativamente o chiller a ar é mais limitado, uma vez que apresenta capacidades menores, tem a restrição de ser instalado em ambientes externos e consequentemente a eficiência do processo de rejeição de calor depende da temperatura ambiente.

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4 - TIPOS DE CHILLERS

4.1 – CHILLERS DE COMPRESSÃO

O chiller de compressão pode ser classificado quanto ao tipo de compressor e quanto ao tipo de compressão. Os principais compressores são scroll, centrífugo e parafuso. Cada tipo de chiller tem suas vantagens e desvantagens e são escolhidos conforme detalhes de locação, disponibilidade de espaço para instalação, capacidade térmica necessária. O sistema central de água gelada pode ser subdivido em dois tipos. O primário onde o fluído circula pelo resfriador e o secundário onde o fluido circula pelo prédio após a saída do chiller, para retornar em seguida para o sistema primário, fechando o ciclo.

4.1.1 – FUNCIONAMENTO

Um ciclo padrão de compressão de vapor apresenta quatro elementos principais:

• Compressor;

• Condensador;

• Válvula de expansão;

• Evaporador.

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O princípio do funcionamento de um chiller de compressão é baseado no efeito Joule Thompson, onde o gás refrigerante é comprimido através de um compressor que irá realizar uma diferença de pressão entre seu lado superior e inferior fazendo com que o fluído refrigerante saia do compressor com alta pressão e temperatura e flua através da tubulação até o condensador sendo posteriormente resfriado devido a perda de calor com o ambiente externo (podendo ser água ou ar) causando a sua condensação. Após a condensação o fluido refrigerante é conduzido até a válvula de expansão termostática onde a temperatura e a pressão do fluido vão sendo reduzidas transformando-se em uma mistura de líquido saturado com vapor saturado. E por fim encerrando o processo do gás refrigerante no evaporador onde ocorre a vaporização retirando calor de um fluxo de água. É esta água resfriada que será utilizada no processo para resfriar um ambiente, um produto, um outro fluxo de líquido. O ciclo é retomado com a volta do gás refrigerante para o compressor.

A representação do ciclo de compressão a vapor pode ser visto no diagrama pressão versus entalpia que ilustra o comportamento de diversos fluídos a diferentes pressões e entalpias, abaixo podemos entender melhor o que ocorre em cada ponto.

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Fase 1-2: Compressão

Nesta fase, o fluido refrigerante, vindo do evaporador, entra no compressor e

é comprimido havendo um aumento de pressão até atingir a pressão de condensação. Em seguida chega ao ponto de vapor superaquecido com temperatura maior que a temperatura de condensação.

Fase 2-3: Condensação

Nesta fase, o fluido refrigerante perde calor para o meio de resfriamento, à

pressão constante. Nesta etapa, o fluido refrigerante é resfriado até a temperatura

de condensação e em seguida condensa até se tornar líquido saturado.

Fase 3-4: Expansão

Nesta fase, o fluido refrigerante passa por um dispositivo denominado de

dispositivo de expansão; após passagem pelo dispositivo, o fluido refrigerante tem

sua pressão baixada até a pressão de vaporização, este sai da fase líquida saturada para ir para mistura de líquido mais vapor.

Fase 4-1: Evaporação

Nesta fase, o fluido ganha calor do meio através do evaporador e atinge o estado de vapor saturado seco; no final desta fase, inicia-se novamente o ciclo de refrigeração.

4.1.2 – TIPOS DE CHILLERS DE COMPRESSÃO

Esse tipo de chiller se divide em quatro diferentes modelos:

4.1.2.1