Refrigeração - Sistemas de água gelada

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Universidade Federal da Grande Dourados - UFGD 
Faculdade de Engenharia - FAEN 
Curso de Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
JEAN PAULO CARNEIRO JUNIOR 
 
 
 
REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL E COMERCIAL: 
SISTEMAS DE ÁGUA GELADA 
 
 
 
 
 
 
Docente: Liomar Cachuté 
 
 
 
 
 
 
 
Agosto, 2017. 
Sumário 
1. Considerações Iniciais ......................................................................................................... 3 
2. Resfriador de água chiller .................................................................................................. 3 
3. Refrigeração a ar ................................................................................................................. 4 
4. Componentes do Resfriador ............................................................................................... 5 
4.1. Compressores ................................................................................................................ 5 
4.2. Evaporadores ................................................................................................................. 5 
4.3. Condensadores .............................................................................................................. 6 
4.4. Válvulas de Expansão ................................................................................................... 6 
5. Ciclo de refrigeração do Chiller ......................................................................................... 7 
REFERÊNCIAS .......................................................................................................................... 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. Considerações Iniciais 
Neste trabalho apresentamos os sistemas de água gelada, mais conhecido com 
Chiller. Esses sistemas entram no mercado apresentando versatilidade de uso e resolução 
de problemas quando se trata de climatização de ar. De forma resumida, os Water Chillers 
são mecanismos que aumentam a eficiência térmica de sistemas com a troca de calor entre 
água e fluido refrigerante, ideal para uso em grande ambientes climatizados e edifícios, 
onde faz-se uso da climatização centralizada e dos Fan coils. 
2. Resfriador de água chiller 
O resfriador de água Chiller trata-se de um circuito frigorífero onde o produto a 
ser refrigerado é a água. Esse tipo de refrigerador sai de fábrica pronto para uso, sendo 
ainda considerado parte fundamental dos sistemas de condicionamento de ar. A Figura 1 
apresenta um Chiller com grupo motocompressor. 
 
Figura 1 – Chiller com grupo motocompressor. Fonte [1]. 
Nos dispositivos de condicionamento de ar, a unidade evaporado que insufla ar 
frio no ambiente a ser refrigerado para absorver calor deste, é chamada unidade 
evaporadora de expansão direta. No entanto, esse sistema possui limitações quando se 
trabalha com muitas unidades evaporadoras e um unidade condensadora. Quando isso 
ocorre, a distribuição da capacidade de refrigeração fica comprometida, uma vez que a 
carga térmica em cada unidade evaporadora trabalhará com regimes diferentes. 
Para resolver a problemática apresentada nos sistemas de expansão direta, lança-
se mão aos sistemas de água gelada. Isso da-se com o acréscimo de um resfriador na 
unidade condensadora, de forma que as unidades evaporadoras tem todas suas serpentinas 
de evaporação consolidadas em um único dispositivo, garantindo a uniformidade para o 
sistema. 
Nesse sentido, podemos concluir que o Chiller consiste numa unidade com 
resfriador, condensador resfriado a água, compressor, uma torre de resfriamento e todos 
os dispositivos de segurança e acessórios de controle e manutenção que competem a esses 
sistemas de refrigeração. 
Em sistemas em que deseja-se refrigerar grandes ambientes opta-se, não raro, pela 
climatização centralizada ou condicionamento de ar central do tipo Fan Coil. Nesse tipo 
de sistema, a unidade evaporadora do Chiller manda água gelada para um Fan Coil, 
responsável pela insuflação do ar refrigerado, através de dutos. Na Figura 2 pode ser 
observado os dutos por onde o ar é insuflado. 
 
Figura 2 – Dutos de climatização. Fonte [2]. 
Importante comentar que o Chiller possui uma série de vantagens, entre elas 
citamos a versatilidade no uso de tubulações de aço ou poliméricas, em detrimento das 
tubulações de cobre. Além disso a manutenção preventiva e preditiva são mais fáceis de 
se aplicar quando usa-se água como fluido de trabalho. No entanto, como veremos, as 
torres de resfriamento muitas vezes podem apresenta-se como uma “dificuldade 
operacional a mais”. 
3. Refrigeração a ar 
As torres de refrigeração, são as unidade de condensação do Chiller, elas são 
ligadas a esse e muitas vezes apresentam dificuldades operacionais, como o tratamento 
da água, e de manutenção. Esses pontos levam os usuários a optarem por sistemas de 
condensação alternativos, como refrigeradores a ar. Nesse caso o Chiller é dividido, de 
forma que sua refrigeração a ar é montada em campo, facilitando as manutenções e 
reduzindo o custo operacional. Muitas vezes opta-se pelo uso de condensadores resfriador 
a ar compactos, onde apenas conexões de água e energia elétrica são necessários para sua 
instalação, o que reduz o custo do sistema consideravelmente. Na Figura 3 temos um 
refrigerador de liquido compacto a ar. 
 
Figura 3 – Refrigerador a ar. Fonte [3]. 
4. Componentes do Resfriador 
4.1. Compressores 
Os Chiller podem ser equipados com compressores tipo semi-hermético, com 
cárter, tipo parafuso ou Scroll. A escolha do compressor deve ser feita visando aumentar 
a eficiência térmica do sistema e a redução do consumo elétrico. 
4.2. Evaporadores 
Os evaporadores são frequentemente do tipo expansão seca, onde o fluido 
refrigerante evapora dentro de tubos e na casca passa água, movimentando-se através da 
chicanas e tubos deste trocador de calor. 
 
Figura 4 – Evaporador de Expansão seca. Fonte [4]. 
4.3. Condensadores 
Os condensadores utilizados também são do tipo casca e tubo, no entanto a 
operação ocorre de forma inversa aos evaporadores. Nesses a água passa dentro dos tubos 
e fluido refrigerante na carcaça. A água segue para o evaporador, passando pela válvula 
de expansão, após trocar calor com o fluido. 
 
Figura 5 – Condensador de casca e tubo. Fonte [5]. 
4.4. Válvulas de Expansão 
Antes de seguir para o evaporador a água passa pela válvula de expansão 
termostática, que reduz sua pressão. Além disso, outros dispositivos e acessórios como 
visor de líquido e válvulas solenoides, são acrescentadas ao sistema, de forma similar aos 
sistemas de refrigeração comuns. 
 
Figura 6 – Válvula de expansão termostática. Fonte [6] 
5. Ciclo de refrigeração do Chiller 
Água a baixa temperatura entra no condensador de casca e tubo, absorve calor 
proveniente do vapor de fluido refrigerante, vindo do compressor. O fluido refrigerante 
segue até a válvula de expansão termostática. Na sequência, o fluido refrigerante com 
baixa pressão entra no evaporador, onde troca calor com agua de alta temperatura, e segue 
para o compressor. A água deixa o evaporador de casca e tubo e segue para o resfriador 
(por exemplo Fan Coil) onde troca calor com ar a ser insuflado no ambiente que deseja-
se refrigerar. Água a baixa temperatura segue para o condensador, onde reinicia-se o 
ciclo. 
 
Figura 7 – Diagrama Pressão versus entalpia para um Chiller. Fonte [7]. 
REFERÊNCIAS 
 
[1] Johnson Controls. Chillers Industriais e Comerciais. Disponível em:< 
http://www.johnsoncontrols.com/pt_br/buildings/hvac-equipment/chillers>.Acesso 
em: 02 de ago. 2017. 
[2] Sercel. 5 mitos desvendados sobre o ar-condicionadoDisponível em:< 
http://www.sercel.com.br/tag/ar-condicionado>. Acesso em: 02 de ago. 2017. 
[3] Soluções Industriais. Smart Chiller. Disponível em: < 
http://www.solucoesindustriais.com.br/empresa/maquinas-e-equipamentos/smart-
chiller/produtos/refrigeracao-ventilacao-e-exaustao/equipamentos-chiller>. Acesso 
em: 02 de ago. 2017. 
[4] CORRÊA, Jorge E. APOSTILA DE REFRIGERAÇÃO E CLIMATIZAÇÃO. 2010. 
[5] MACHADO, Whallans R. C. TROCADORES DE CALOR. 2008. 
[6] Polipartes. Válvula Expansão Termostatica. Disponível em:< 
http://www.polipartes.com.br/valvula-expansao-termostatica-tex2-r22-c-rosca-
danfoss-068z3209/p >. Acesso em: 02 de ago. 2017. 
[7] CASTRO, José de. Refrigeração comercial e climatização industrial. 2011.