Chillers: scroll, parafuso, centrífugo e absorção

Chiller é a máquina que produz água gelada. Por dentro, é o mesmo ciclo de compressão de vapor de qualquer ar-condicionado — a diferença é que o evaporador, em vez de resfriar ar, resfria água.

O que separa os tipos de chiller é essencialmente o compressor, e essa escolha determina faixa de capacidade, comportamento em carga parcial, nível de ruído, custo e estratégia de manutenção.

Resfriado a ar × resfriado a água

Antes do compressor, vem uma decisão mais estrutural: como o calor é rejeitado.

Resfriado a ar. O condensador troca calor diretamente com o ar externo. Instala-se na cobertura ou em área externa, sem torre, sem bomba de condensação, sem tratamento de água. Mais simples de operar, menos eficiente — porque a temperatura de condensação acompanha o bulbo seco externo, que num dia de verão pode passar de 35 °C.

Resfriado a água. O condensador troca com água vinda de uma torre de resfriamento. Como a torre trabalha por evaporação, ela alcança temperaturas próximas do bulbo úmido, sensivelmente inferior ao bulbo seco. A temperatura de condensação cai, a relação de compressão diminui e a eficiência sobe de forma significativa.

O preço dessa eficiência: torre, bombas, tratamento químico da água, purga, consumo de água e responsabilidade sanitária.

Regra prática de mercado: abaixo de ~200 TR, resfriado a ar costuma vencer pela simplicidade; acima de ~400 TR, resfriado a água quase sempre vence pela operação. No meio, calcula-se.

Os tipos por compressor

Scroll

Duas espirais, uma fixa e outra em movimento orbital, comprimindo o gás progressivamente. Poucas peças móveis, silencioso, robusto.

Faixa: 5 a 200 TR, geralmente com vários compressores em paralelo no mesmo chiller. Carga parcial: boa — a modulação acontece desligando compressores, o que mantém os ativos em condição favorável. Com inverter, melhora ainda mais. Onde aparece: chillers modulares, edifícios pequenos e médios, aplicações onde a redundância interna é valorizada.

O chiller modular scroll tem uma vantagem operacional relevante: a falha de um módulo reduz a capacidade, mas não derruba o sistema.

Parafuso

Dois rotores helicoidais engrenados que reduzem progressivamente o volume do gás. Compacto para a capacidade que entrega e tolerante a condições adversas.

Faixa: 60 a 800 TR. Carga parcial: aceitável, controlada por válvula deslizante ou por variação de rotação. Chillers de parafuso com inversor melhoraram muito nesse quesito. Onde aparece: o cavalo de batalha da faixa intermediária — hospitais, shoppings médios, indústria.

Centrífugo

Um rotor em alta rotação acelera o gás, e a energia cinética se converte em pressão no difusor. É a tecnologia mais eficiente em grande porte.

Faixa: 150 a 3.000 TR ou mais. Carga parcial: excelente, especialmente nas versões com acionamento de velocidade variável (VSD). É onde se encontram os melhores índices sazonais do mercado. Onde aparece: grandes shoppings, aeroportos, hospitais de grande porte, distritos de energia.

Surge (bombeamento). É a instabilidade característica do centrífugo: em carga muito baixa com alta relação de compressão, o fluxo se inverte momentaneamente e a máquina entra em oscilação ruidosa e danosa. O controle moderno previne com pás de pré-rotação e VSD, mas o fenômeno define o limite inferior de operação da máquina.

Mancal magnético. Chillers centrífugos com rotor levitado magneticamente eliminam o óleo do circuito. Consequências: sem sistema de lubrificação, sem contaminação do trocador por óleo (o que preserva a troca térmica ao longo dos anos), atrito quase nulo e desempenho excepcional em carga muito baixa. Custam mais e exigem assistência especializada.

Absorção

Não usa compressor. Usa calor como fonte de energia, movendo o ciclo por meio de um par absorvente-refrigerante — tipicamente brometo de lítio e água.

Faixa: 100 a 1.500 TR. Fonte de energia: vapor, água quente, gás direto ou calor residual de processo. Eficiência elétrica: consome pouquíssima eletricidade (só bombas), mas o COP térmico é baixo — bem abaixo de 1 nos ciclos de simples efeito, chegando a valores maiores em duplo efeito.

Onde faz sentido: exatamente onde existe calor sobrando de graça — cogeração, vapor de processo, calor residual industrial — ou onde a eletricidade é cara e o gás é barato, ou ainda onde há restrição de demanda elétrica contratada. Fora desses casos, dificilmente compete com um chiller elétrico moderno.

Comparativo

Como se mede eficiência de chiller

kW/TR — a métrica de uso corrente no mercado brasileiro: quanta potência elétrica se consome por TR produzida. Quanto menor, melhor. Chillers centrífugos modernos operam bem abaixo de 0,6 kW/TR em condições favoráveis.

COP — capacidade dividida por potência, ambos em kW. Quanto maior, melhor.

IPLV / NPLV — índice ponderado que combina o desempenho em várias frações de carga, refletindo melhor o consumo anual real. É o número que importa, porque chiller praticamente não opera em plena carga: passa o ano inteiro entre 40% e 80%.

Uma comparação feita apenas por eficiência de pico pode escolher a máquina errada. Duas máquinas com o mesmo kW/TR nominal podem diferir bastante no consumo anual.

Critérios de seleção que costumam ser esquecidos

Curva real em carga parcial. Peça ao fabricante a tabela de desempenho nas condições reais de operação, não só o ponto nominal.

Temperatura de condensação de projeto. Selecionar com condensação otimista produz um número bonito no catálogo e decepção no verão.

Perda de carga dos trocadores. Ela vira consumo de bombeamento permanente. Trocador com passe a mais melhora a troca e piora o bombeamento.

Fluido refrigerante. Considerando Kigali, a escolha do fluido tem implicação de custo de manutenção ao longo de 20 anos.

Espaço para limpeza dos tubos. Chiller de casco e tubo precisa de espaço livre no eixo dos feixes para a escovação. Sala apertada demais inviabiliza a manutenção.

Corrente de partida e demanda contratada. Partidas de máquinas grandes impactam a instalação elétrica.

Nível de ruído e vibração. Chiller na cobertura de edifício residencial vizinho é fonte clássica de conflito.

Erros comuns

Selecionar pela eficiência nominal. IPLV/NPLV descrevem melhor a realidade operacional.

Uma única máquina grande. Sem fracionamento, não há redundância nem operação eficiente em carga baixa. Dois ou três chillers costumam ser melhor solução que um.

Ignorar a mínima capacidade estável. Um chiller grande demais para a carga noturna vai ciclar ou entrar em surge.

Especificar absorção sem fonte de calor barata. Sem calor residual ou tarifa favorável, a conta não fecha.

Esquecer o tratamento de água no circuito de condensação — incrustação de poucos décimos de milímetro nos tubos já degrada perceptivelmente o desempenho.

O que ficou

O compressor define o chiller: scroll para porte pequeno e médio com boa redundância modular, parafuso na faixa intermediária, centrífugo em grande porte com a melhor eficiência — especialmente com VSD e mancal magnético —, e absorção onde existe calor barato disponível. Resfriado a água supera resfriado a ar em eficiência ao custo de torre e tratamento. E a comparação honesta entre máquinas se faz pelo índice de carga parcial, não pelo pico.

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