A principal diferença entre os chillers está na forma como liberam o calor retirado da água.
No modelo com condensação a ar, ventiladores instalados no próprio equipamento dissipam esse calor diretamente no ambiente externo.
Já o modelo com condensação a água transfere o calor para um circuito hidráulico, que utiliza uma torre de resfriamento para reduzir a temperatura da água.
Embora o segundo possa oferecer maior eficiência energética, exige torre, bombas de condensação e consumo de água. Em contrapartida, o modelo a ar dispensa esses componentes.
A escolha não se resume a qual tipo “gasta menos energia”. Ela depende da capacidade, da disponibilidade de água, do espaço para torres e da equipe de manutenção.
Uma proposta que compara apenas o consumo do chiller, sem incluir bombas e torres, favorece artificialmente o sistema a água.
O que faz o condensador do chiller
Todo chiller de compressão de vapor precisa descartar o calor que retirou da água gelada, somado ao calor gerado pelo compressor. Essa é a função do condensador.
Nele, o fluido refrigerante em alta pressão perde calor e volta ao estado líquido antes de seguir para o dispositivo de expansão.
O meio que recebe esse calor define o tipo de chiller. No condensador a ar, o ar externo passa por uma serpentina aletada, empurrado por ventiladores.
No condensador a água, o fluido refrigerante troca calor com a água de resfriamento, em geral em trocadores do tipo casco e tubo (shell-and-tube) ou de placas.
O funcionamento completo do ciclo, com compressor, evaporador e dispositivo de expansão, está no artigo sobre o que é chiller. Aqui, o foco é a escolha do condensador, que afeta a eficiência e o custo de operação por toda a vida do equipamento.
Qual a diferença entre chiller a ar e chiller a água?
A diferença está no destino do calor: o chiller a ar o rejeita para o ar externo; o chiller a água, para um circuito resfriado em torres.
Isso muda a eficiência, o consumo de água, o espaço ocupado e a manutenção, como mostra a tabela.
| Critério | Condensação a ar | Condensação a água |
|---|---|---|
| Destino do calor | Ar externo, por ventiladores do próprio chiller | Água de resfriamento, resfriada em torres |
| Equipamentos adicionais | Nenhum no lado da condensação | Torres, bombas de água de resfriamento e tubulação |
| Referência de temperatura | Temperatura de bulbo seco do ar | Temperatura de bulbo úmido do ar, nas torres |
| Consumo de água | Não há | Reposição da água evaporada e drenada nas torres |
| Eficiência | Menor | Maior, mesmo incluindo bombas e torres |
| Instalação típica | Ao ar livre, junto ao próprio chiller | Casa de máquinas, com torres em área externa |
A temperatura de referência explica a diferença de eficiência. A torre resfria a água pela evaporação, e a temperatura de bulbo úmido, medida com o termômetro envolto em tecido molhado, fica abaixo da temperatura comum do ar.
Com água mais fria no condensador, o compressor trabalha com menor pressão de condensação.
Por que o chiller a água é mais eficiente
O Manual sobre Sistemas de Água Gelada do Ministério do Meio Ambiente (MMA, 2017) afirma que o chiller com condensação a água supera em eficiência o chiller a ar. A vantagem se mantém mesmo com a energia das bombas e dos ventiladores das torres.
Segundo o manual, em muitos casos o custo de operação continua menor mesmo com a água de reposição incluída. No condensador a ar, a limitação é física.
O livro Eficiência Energética em Sistemas de Refrigeração Industrial e Comercial, do Procel/Eletrobras, trata desse limite. Ele orienta fixar a temperatura de condensação entre 11 °C e 15 °C acima da temperatura do ar que entra no condensador.
O mesmo livro recomenda que ela nunca ultrapasse 55 °C. Em dias quentes, portanto, o chiller a ar trabalha com pressões mais altas e menor eficiência.
Ainda assim, o manual do MMA não trata a escolha como automática. Ele recomenda uma análise de custo no ciclo de vida (LCC, na sigla em inglês), que soma investimento, energia, água e manutenção ao longo dos anos.
Peça essa análise ao projetista sempre que as duas alternativas forem viáveis no local, antes de cotar o chiller de resfriamento.
Como funciona a torre de resfriamento?
A torre de resfriamento funciona por evaporação: a água quente que vem do condensador do chiller é distribuída sobre um enchimento, enquanto ventiladores forçam a passagem do ar.
Uma pequena parte da água evapora, retira calor do restante, e a água resfriada cai na bacia para voltar ao condensador.
Segundo o manual do MMA, a temperatura de bulbo úmido do ar externo é o nível de referência desse resfriamento. O volume II do manual define o approach da torre como a diferença entre a temperatura da água na bacia e a temperatura de bulbo úmido do ar.
O mesmo volume usa 5,5 °C como valor de projeto tradicional e recomenda pedir ao fabricante a tabela de variação do approach.
Como a água evapora, a torre precisa de reposição contínua e de tratamento para controlar incrustações, corrosão e agentes biológicos. A Portaria GM/MS nº 3.523/1998, que trata da manutenção de sistemas de climatização, inclui a torre de resfriamento no plano de manutenção.
A orientação é verificar e eliminar sujeira, danos e corrosão. O artigo sobre tratamento de águas industriais explica as etapas desse tratamento.
Quando o chiller a ar é a melhor opção
O chiller a ar costuma ser escolhido quando não há água disponível em quantidade e qualidade, quando não há espaço para torres ou quando a capacidade é pequena.
O livro do Procel aponta que os condensadores a ar são mais usados em unidades de pequena e média capacidade.
Também indica que grandes condensadores a ar se aplicam quando o sistema a água não é econômico, pelo custo ou pela falta de água.
O manual do MMA registra a evolução desse tipo de equipamento. A maioria dos chillers com compressor scroll tem condensação a ar, nas faixas de pequena e média capacidade.
Os centrífugos com mancais magnéticos tornaram viável, a partir dos anos 2000, o chiller centrífugo com condensação a ar.
O chiller a ar também simplifica a manutenção, porque elimina a torre, as bombas de condensação e o tratamento da água de resfriamento.
Em instalações sem equipe técnica permanente, essa redução de equipamentos pode ser vantajosa, mesmo com um consumo de energia maior. Compare o custo anual de energia do chiller a ar com o custo de energia, água, produtos químicos e manutenção do sistema a água.
O que pedir na cotação
Informe ao fornecedor a capacidade necessária, as temperaturas de água gelada e a temperatura máxima do ar no local, de bulbo seco e de bulbo úmido.
Diga se há água disponível para reposição e se o local já tem torre de resfriamento, com a capacidade e o estado dela.
Peça que cada proposta informe o coeficiente de desempenho (COP) nas condições do seu projeto. O manual do MMA alerta que essa comparação exige cuidado.
Para comparar um chiller a água com um a ar, a potência das bombas e das torres deve entrar na conta.
Na Soluções Industriais, você pode comparar fornecedores de chiller de resfriamento e enviar a todos o mesmo pedido. A rotina de cuidados com torres e trocadores está no artigo sobre manutenção de chiller.
