Terminologia essencial dos chillers Neste artigo, vamos abordar os termos essenciais dos chillers. Estes são termos que ouvirá os engenheiros dizer quando falam de chillers e que esperam que compreenda exatamente o que significam.

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A Danfoss quer ajudá-lo a construir chillers de maior qualidade, mais duradouros e mais eficientes, e tem uma vasta gama de soluções para ajudar a torná-lo possível. De facto, tem até 70% dos produtos de que necessita para os seus sistemas de chillers, incluindo compressores,Accionamentos AC, protectores de sistemas, permutadores de calor, válvulas, eletrónica e sensores.

Não importa com que tipo de chiller está a trabalhar - a Danfoss tem produtos que o podem ajudar a melhorar o desempenho, aumentar a fiabilidade e reduzir o impacto no ambiente. Todas estas soluções se juntam para o ajudar a conceber e criar melhores chillers - de dentro para fora.

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Ciclo de refrigeração

O compressor é a força motriz do refrigerante. O refrigerante sai do compressor como um gás de alta pressão e alta temperatura e desloca-se para o condensador.

O condensador arrefece o refrigerante e rejeita a energia térmica para a atmosfera, o refrigerante sai do condensador como um líquido a alta pressão. O refrigerante dirige-se então para o dispositivo de expansão que reduz a pressão e o refrigerante torna-se uma mistura de líquido/vapor a baixa pressão.

O refrigerante passa então pelo evaporador, onde é adicionado o calor indesejado do edifício, o que faz com que o refrigerante ferva e se transforme num vapor de baixa pressão. À medida que se evapora, leva consigo o calor indesejado que o compressor aspira para repetir o ciclo.

Refrigerante

Trata-se de um fluido especialmente concebido que se desloca no interior do refrigerador, recolhendo o calor indesejado do evaporador e transferindo-o para o condensador, de modo a que este calor possa ser rejeitado do edifício. Muda de estado entre líquido e gás durante o ciclo de refrigeração e é deslocado no interior do refrigerador pelo compressor. O refrigerante permanece no interior do refrigeradore é sempre mantida separada da água do condensador e da água refrigerada. Os refrigerantes têm nomes estranhos, como R134A R1233zd, etc.

Leia o nosso artigo anterior sobre como funcionam os fluidos frigorigéneos e como as novas leis estão a provocar uma eliminação progressiva, bem como o nosso guia sobre como reequipar sistemas mais antigos com fluidos frigorigéneos proibidos.

Condensador

O refrigerante que transporta o calor indesejado do evaporador para o condensador entra como um gás de alta pressão e alta temperatura e, à medida que a energia térmica é rejeitada, sai como um líquido de alta pressão.

Água do condensador

A água do condensador é a água que flui entre a torre de arrefecimento e o condensador do chiller arrefecido a água. Esta recolhe todo o calor indesejado no condensador que foi transferido através do refrigerante. Também recolhe o calor do compressor em determinados modelos. A água do condensador é enviada para a torre de arrefecimento onde o calor é removido e rejeitado para a atmosfera e depoisUma temperatura típica seria: Fluxo: 32°C (89,6°F) Retorno: 27°C (80,6°F) estes números são típicos, podem e variam em relação a estes valores.

Arrefecimento por ar

Trata-se de um chiller arrefecido a ar, que se encontra no exterior do edifício, normalmente no telhado ou perto do parque de estacionamento, etc. Muito raramente se encontram no interior do edifício, mas podem ser equipados com condutas para o efeito. Estes tipos de chillers não utilizam circuitos de água do condensador, mas sim ventoinhas para soprar o ar através do condensador, razão pela qual são designados por chillers arrefecidos a ar.

Refrigerado a água

Refere-se a um tipo de chiller que utiliza água do condensador e torres de arrefecimento para remover o calor do condensador, localizadas no interior do edifício, normalmente na cave.

Evaporador

O evaporador é o local onde o calor indesejado do edifício é recolhido antes de ser transferido para o condensador. À medida que o calor indesejado entra no evaporador, provoca a ebulição e a evaporação do fluido frigorigéneo, que, ao evaporar, transporta o calor para o condensador. O fluido frigorigéneo entra no evaporador como um líquido de baixa pressão e, ao evaporar, sai como um vapor de baixa pressão.

Água refrigerada

O chiller gera água refrigerada, esta água flui num circuito fechado entre o evaporador do chiller e as serpentinas de arrefecimento no interior do edifício. Uma bomba força a água refrigerada a percorrer o edifício até às serpentinas nas AHU e FCU, onde o calor indesejado do ar é transferido para a água, o que arrefece o ar e aquece a "água refrigerada", esta água refrigerada quente regressa entãoÀ medida que o calor é descarregado, faz com que o refrigerante ferva e transporte este calor, o que faz com que a água arrefeça novamente. Repete-se então o ciclo e recolhe-se mais calor. As temperaturas típicas da água refrigerada são: fluxo: 6°C (42,8°F) retorno: 12°C (53,6°F) Estes números podem e irão variar.

Um passe, dois passes, três passes

Numa passagem única, o fluido passa diretamente, mas para uma maior transferência de calor, os tubos podem ser enrolados uma ou duas vezes para aumentar o tempo de transferência e a área de superfície, o que permitirá a transferência de mais calor e aumentará a área de superfície de transferência de calor.

Compressor

Isto faz com que o refrigerante se desloque à volta do chiller para recolher o calor indesejado do evaporador e transferi-lo para o condensador. Alguns dos diferentes modelos de chillers que se podem obter são

• Tipo centrífugo que utiliza um impulsor rotativo para induzir uma força centrífuga no fluido frigorigéneo, que o força à volta do sistema.
• O tipo Turbocor, que é uma variação mais avançada do tipo centrífugo, utiliza dois pequenos impulsores rotativos para comprimir o refrigerante
• Tipo de parafuso que utiliza dois parafusos helicoidais rotativos para espremer o refrigerante num espaço apertado e, assim, comprimi-lo.
• Tipo Scroll que utiliza dois discos em espiral, um está parado e o outro roda para comprimir o refrigerante e comprimi-lo num espaço pequeno.
• Tipo alternativo que utiliza pistões e cilindros para comprimir o fluido frigorigéneo num volume mais pequeno.

Torre de arrefecimento

Muitas vezes designadas simplesmente por "torre", estas torres situam-se no exterior do edifício, normalmente no telhado, e são utilizadas apenas com refrigeradores arrefecidos a água. Podem ser do tipo húmido ou seco, mas ambos os tipos utilizam ventoinhas para mover o ar através da torre. No tipo húmido, o circuito da água do condensador está aberto e a água é pulverizada na corrente de ar, o que remove o calor e arrefece a água.O circuito do condensador é fechado e a água passa através de um permutador de calor, onde a corrente de ar sopra para remover o calor. Além disso, algumas torres de arrefecimento pulverizam água sobre as bobinas de arrefecimento para ajudar a remover o calor.

Desvio de gás quente

É utilizado para criar uma carga de arrefecimento artificial para impedir que o chiller entre em ciclo, pare, surja, bem como para proteger o evaporador de congelar em condições de carga baixa. É utilizada uma válvula de controlo juntamente com uma válvula redutora de pressão para recircular o refrigerante quente da linha de descarga do compressor e enviá-lo diretamente para a entrada do evaporador, assimcontornando o condensador, o calor é adicionado ao evaporador para criar a carga falsa.

Esta é uma estratégia bastante ineficiente, uma vez que a energia utilizada na compressão do refrigerante não produzirá qualquer efeito de arrefecimento utilizável. Se estiver a utilizar esta estratégia, é provável que o seu chiller esteja sobredimensionado.

COP

COP significa Coeficiente de desempenho. É simplesmente a relação entre a quantidade de arrefecimento obtida por cada unidade de eletricidade consumida, o que constitui uma forma de medir a eficiência dos refrigeradores.

COP = kW de refrigeração / kW de eletricidade

2500kW de arrefecimento / 460kW de eletricidade = COP:5,4, ou seja, por cada 1kW de eletricidade que colocar no chiller, este irá gerar 5,4kW de arrefecimento.

O COP varia com a carga de arrefecimento do chiller e é útil para medir a eficiência num determinado momento ou em condições específicas.

Arrancador de motor (arrancador suave)

Os grandes refrigeradores, especialmente os que têm compressores simples, como os do tipo centrífugo, podem ter enormes correntes de arranque quando o motor arranca, o que significa um grande fluxo de energia através do sistema elétrico do edifício para o refrigerador, o que pode causar danos na infraestrutura eléctrica e deteriorar o equipamento.Para combater este problema, os chillers utilizam arrancadores de motor que limitam a entrada de energia quando o motor arranca. Estes arrancadores estão incorporados no compressor, numa caixa no chiller ou numa caixa perto do chiller. Existem muitos métodos diferentes utilizados para o conseguir.

Acionamento de velocidade variável VFD

Alguns chillers utilizam variadores de velocidade, que fazem efetivamente o trabalho dos arrancadores suaves, mas também controlam a velocidade do compressor para permitir que este funcione de forma muito mais eficiente em condições de carga parcial, o que pode levar a grandes poupanças de energia.

Os VFDs também podem ser instalados em bombas para ajudar a poupar energia e permitir que as bombas alterem o seu caudal para melhor corresponder às necessidades de arrefecimento, normalmente utilizando um sensor de pressão para controlar a velocidade.

Amperes de carga nominal (RLA)

O RLA refere-se aos amperes máximos consumidos pelo motor do compressor durante o funcionamento. O RLA varia em função da quantidade de trabalho que o compressor tem de efetuar. Se o RLA for excedido, o motor do compressor sobreaquecerá e destruir-se-á. Existem características de segurança incorporadas nos controlos do chiller para medir este fenómeno e evitá-lo. Por exemplo, um chiller centrífugo de 1272 kW refrigerado a água tem um RLAde 359 amperes, mas o chiller cortará a alimentação do motor se este atingir 455 amperes. Este limite e valor varia entre todos os chillers.

Carga

A carga refere-se à necessidade de arrefecimento do chiller.

A plena carga significa que o chiller está a funcionar na sua capacidade máxima de arrefecimento, o que normalmente acontece apenas em cerca de 1-2% do ano.

Carga parcial significa que o chiller está a funcionar com menos do que a sua capacidade máxima, o que é normal durante a maior parte do ano em aplicações típicas.

Se um chiller estiver a funcionar a baixa carga durante longos períodos ao longo do ano, então está sobredimensionado e devem ser estudadas opções alternativas para o substituir, o que permitirá poupar energia e custos de funcionamento.

A carga de arrefecimento é normalmente medida em toneladas de refrigeração BTU/s ou kW.

Procura de arrefecimento

Quando a água refrigerada é bombeada do evaporador dos chillers em torno do edifício para recolher o calor indesejado, regressa a uma temperatura mais elevada. A quantidade de água que circula e a temperatura determinarão a necessidade de refrigeração. Por exemplo, um caudal de 0,0995m3/s com uma temperatura de fluxo de 6C e um retorno de 12C resultará numa necessidade de refrigeração de cerca de 2500 kW ou 710 RT.

Capacidade

A capacidade pode ser controlada na maioria dos chillers, de modo a corresponder de perto às necessidades reais de refrigeração no momento atual. A capacidade é normalmente indicada em unidades de kW ou TR toneladas de refrigeração.

Válvulas de alívio

As válvulas e linhas de alívio são instaladas nos chillers para proteger os componentes e os operadores de uma quantidade perigosa de pressão acumulada no interior do chiller devido ao refrigerante. É raro que este cenário ocorra, mas é possível que ocorra, por exemplo, em caso de incêndio. Normalmente, o chiller utiliza uma válvula com mola que se abre automaticamente se a pressão do refrigerante for superior aIsto permitirá que o refrigerante seja ventilado em segurança para a atmosfera e a válvula fechar-se-á novamente quando atingir a pressão mais baixa.

Faltas

Isto refere-se à acumulação de sujidade e substâncias orgânicas na superfície dos permutadores de calor, o que isola efetivamente as superfícies e reduz a capacidade de transferência de calor dos permutadores de calor. Isto é muito comum no condensador de um chiller arrefecido a água devido ao circuito aberto que permite a entrada de sujidade e bactérias na tubagem.Os chillers são concebidos para suportar uma certa quantidade de incrustações em funcionamento normal, mas se esta for excedida, o chiller não conseguirá atingir a capacidade projectada.

Elevador

A elevação refere-se à diferença de pressão entre o refrigerante no condensador e o refrigerante no evaporador. Quanto maior for a diferença, mais trabalho o compressor tem de efetuar para o conseguir. As temperaturas da água refrigerada e do condensador e as temperaturas de aproximação definem a elevação necessária. Reduzir o ponto de regulação da água do condensador e aumentar o ponto de regulação da água refrigeradareduzirá o consumo de energia do compressor.

Temperatura de aproximação

Refere-se à diferença de temperatura entre a temperatura de alimentação da água refrigerada à saída do chiller e a temperatura do refrigerante no evaporador.

Por exemplo, a temperatura de fornecimento de água refrigerada pode ser de 7°C (44,6°F) e o refrigerante pode estar a 3°C (37,4°F). A aproximação é, portanto, igual a 4°C ou 7,2°F. Uma diferença de 3-5°C ou 5-8°F é típica.

Ponto de regulação, ponto de regulação da água refrigerada ativa

Os pontos de regulação nos chillers referem-se a uma temperatura ou pressão pretendida, normalmente centrada na temperatura de fornecimento de água refrigerada. A temperatura pretendida é definida nos controlos e o chiller tenta atingir essa temperatura. Um sensor de temperatura na saída de fornecimento de água refrigerada do evaporador, ou perto dela, mede a temperatura real e os controlos do chiller fazemajustamentos para cumprir este objetivo ou funcionar o mais próximo possível dele.

Bomba de água refrigerada e bomba de água do condensador

Estas são as bombas que distribuem a água refrigerada e de condensação pelo edifício entre o chiller, as serpentinas de refrigeração e a torre de refrigeração. Podem ser de caudal constante ou variável, dependendo da conceção do sistema. O caudal variável é cada vez mais popular nos sistemas do lado secundário, uma vez que pode proporcionar uma redução significativa dos custos de energia e de funcionamento.

Caudal

Refere-se à quantidade de água que passa através do chiller ou de uma parte específica da tubagem de distribuição. É uma medida de volume por unidade de tempo. Exemplo: um galão por minuto (gpm), um litro por segundo (l/s) ou um metro cúbico por segundo (m3/s).

Caudal mássico

Refere-se à massa de água que flui através de um refrigerador, de uma bomba ou de um ponto específico da tubagem de distribuição. É uma medida de peso por unidade de tempo. Exemplo: lb/m ou kg/s.

Medidor de caudal

Pode ser instalado um medidor de caudal em chillers ou sistemas de água refrigerada para monitorizar o caudal de e para cada chiller ou para medir o caudal através do tubo desacoplador para diagnosticar problemas, bem como para garantir um funcionamento eficiente e sinalizar um segundo chiller para arrancar ou parar.

O chiller disparou

Isto refere-se ao facto de o chiller se desligar por si próprio, através dos controlos internos, devido a uma falha detectada ou se tiver atingido os limites de um ponto de regulação de design, por exemplo, uma pressão ou temperatura alta ou baixa.

Bobinas

As serpentinas referem-se a um permutador de calor. Existem algumas serpentinas num chiller e num sistema de água refrigerada. Uma serpentina de arrefecimento refere-se ao permutador de calor numa unidade de tratamento de ar ou numa unidade ventilo-convectora que recebe a água refrigerada e troca o seu frio pelo ar. Uma serpentina de condensador refere-se ao condensador de um chiller arrefecido a ar que recebe o refrigerante quente a alta pressão e utiliza o ar ambiente paracondensar isto num líquido.

Delta T ou ∆T

Refere-se à diferença de temperatura entre as temperaturas de ida e de retorno da água refrigerada e da água do condensador. Uma diferença de temperatura típica entre o fluxo e o retorno da água refrigerada seria de 6C, mas pode variar. Um delta T elevado significa que um chiller está a trabalhar arduamente e a eficiência deve ser elevada, ao passo que um delta T baixo significa que o chiller está provavelmente a funcionar de forma ineficiente e que háÉ provável que o sistema de arrefecimento tenha sido afetado por um problema de conceção.

Superaquecimento

Se a leitura for elevada, então o evaporador não está a funcionar eficientemente e se for baixa ou nula, então existe uma avaria e é possível que o líquido de refrigeração chegue ao compressor, o que causará danos.

Subarrefecimento

Refere-se a um fluido frigorigéneo que foi condensado e se encontra a uma temperatura inferior ao seu ponto de ebulição, pelo que se encontra no estado líquido. É a diferença entre a temperatura de saturação do fluido frigorigéneo e a temperatura real do fluido frigorigéneo líquido.

Válvula de expansão / Dispositivo

Trata-se de um dispositivo utilizado entre o condensador e o evaporador, que provoca uma redução da pressão no refrigerante e controla a quantidade de refrigerante que entra no evaporador, o que é utilizado para controlar o sobreaquecimento. Existem muitos tipos diferentes utilizados nos chillers. Alguns exemplos de válvulas de expansão de chillers e dispositivos são

• Placa de orifício
• Válvulas de flutuador
• Válvula de expansão térmica
• Válvulas de expansão electrónicas
• Válvulas de expansão térmica pilotadas

Reposição da água refrigerada

Esta é uma estratégia de controlo utilizada para poupar energia. A estratégia aumenta a temperatura de alimentação da água refrigerada para reduzir a elevação, o que reduzirá a quantidade de trabalho realizado pelo compressor. Isto também resultará numa temperatura da água de retorno mais elevada, o que pode levar a um aumento das velocidades da bomba em sistemas de velocidade variável.implementado.

Liderança e atraso ou dever e espera

O chiller principal ou de serviço refere-se ao chiller ou à bomba que é designado para ser o primeiro a ligar-se e a tratar da carga de arrefecimento quando um edifício utiliza vários chillers. O chiller de atraso ou de reserva refere-se ao próximo chiller ou bomba que se ligará se o principal/de serviço não for capaz de tratar da carga total ou se o chiller/bomba principal/de serviço se desligar devido a uma avaria.A designação de líder/atrasado ou de serviço/em espera será normalmente rotativa para garantir horas de funcionamento iguais para todo o equipamento ou será designada de acordo com o equipamento mais eficiente a funcionar nas condições de funcionamento actuais.

Perfil de carga

Esta é a procura de arrefecimento do edifício representada num gráfico que mostra a variação, normalmente por hora, abrangendo um total de 24 horas. As 24 horas podem corresponder a um dia específico ou a uma média ao longo de um período de tempo, por exemplo, a procura sazonal, ou o total para um ano específico ou talvez para cada dia da semana.eficiência e previsão energética.

Refrigerador de embalagens

Trata-se de chillers que vêm do fabricante num pacote completo com todos os principais componentes do ciclo de refrigeração numa única embalagem. Este é o tipo mais comum de chiller, que pode ser arrefecido a água ou a ar

Economizador do chiller

Um economizador é utilizado em alguns chillers centrífugos com compressores de dois estágios para reduzir o consumo de energia. A conceção é bastante simples, com um tanque especial colocado entre o condensador e o evaporador. O refrigerante é parcialmente acelerado para o tanque e qualquer refrigerante que vaporize é enviado diretamente para o segundo estágio do compressor. O resto do refrigerante, que está como líquidoIsto reduz a necessidade de trabalho do compressor e, portanto, poupa energia.

Desacoplador

Trata-se de um tubo colocado na extremidade de um conjunto de chillers ligados em paralelo para separar hidraulicamente os lados primário e secundário e permite que o lado secundário tenha um caudal variável. Os chillers do lado primário terão de ter um caudal mínimo para evitar danos, o desacoplador permite que a água refrigerada de alimentação ou de retorno flua em qualquer direção paraO caudal através do desacoplador também determinará se um segundo chiller pode ser ligado ou desligado.

Arrefecimento gratuito

Esta estratégia só pode ser utilizada em determinadas condições ambientais, podendo ser activada quando a temperatura do ar exterior é inferior à temperatura do ponto de regulação. Alguns chillers têm esta função incorporada, outros podem ser adaptados ou o sistema pode ser modificado para a acomodar.