Os sistemas de refrigeração desempenham papel crítico em projetos de climatização, processos industriais e ambientes hospitalares. Entre os equipamentos centrais desse ecossistema estão os chillers, cuja função é remover calor de um fluido — geralmente água ou solução glicolada — por meio de um ciclo termodinâmico.

Com o avanço das tecnologias de compressores, trocadores de calor e controles, o mercado dispõe hoje de diversos tipos de chillers adaptáveis a diferentes aplicações, cada um com particularidades técnicas que impactam diretamente a eficiência energética, a confiabilidade e o custo operacional dos sistemas.

Este artigo técnico oferece uma visão aprofundada sobre os principais tipos de chillers, seus modos de operação, variações construtivas, parâmetros de dimensionamento e aplicações ideais. O conteúdo é especialmente voltado a projetistas, engenheiros mecânicos e consultores técnicos que buscam atualizar suas especificações com soluções modernas e eficientes.

Fundamentos Termodinâmicos do Chiller

Um chiller atua por meio da remoção de calor de um fluido secundário (geralmente água), transferindo-o para o ambiente ou para outro meio, utilizando os princípios da refrigeração mecânica por compressão de vapor ou da refrigeração por absorção.

Ciclo de compressão de vapor

O ciclo termodinâmico básico envolve quatro componentes:

1. Compressor
   Eleva a pressão e a temperatura do refrigerante gasoso.
2. Condensador
   Dissipa o calor para o meio externo, condensando o refrigerante.
3. Dispositivo de expansão (válvula de expansão termostática ou eletrônica)
   Reduz a pressão do refrigerante, promovendo queda de temperatura.
4. Evaporador
   O refrigerante evapora ao absorver calor da água ou fluido secundário, completando o ciclo.

Classificação dos Chillers por Meio de Rejeição de Calor

1. Chiller Resfriado a Ar

• Características:

  • Dissipação de calor via ventiladores que insuflam ar ambiente através de serpentinas
  • Sistema compacto, ideal para instalação externa

• Vantagens:

  • Não requer torre de resfriamento
  • Menor complexidade de instalação

• Limitações:

  • Eficiência térmica inferior em climas quentes
  • Sensível à variação de temperatura ambiente

• Aplicações típicas:

  • Edifícios comerciais de pequeno e médio porte
  • Ambientes onde não há disponibilidade de água industrial
  • Retrofit de sistemas antigos

2. Chiller Resfriado a Água

• Características:

  • Dissipação de calor via torre de resfriamento e circuito de água condensadora
  • Maior eficiência térmica devido à temperatura constante da água de condensação

• Vantagens:

  • Alto desempenho em cargas térmicas elevadas
  • Menor consumo de energia elétrica

• Limitações:

  • Requer torre de resfriamento, bombas adicionais e tratamento químico da água
  • Custo inicial e manutenção mais elevados

• Aplicações típicas:

  • Shoppings centers, hospitais, edifícios de grande porte
  • Plantas industriais com operação contínua
  • Ambientes onde a eficiência energética é prioritária

Tipos Específicos de Chillers

3. Chiller de Absorção

• Princípio de funcionamento:
  Utiliza calor como fonte de energia para provocar a mudança de fase do refrigerante. Comum o uso da mistura água-brometo de lítio.
• Fontes térmicas utilizadas:
  Vapor, água quente, gases de exaustão ou calor residual industrial.
• Eficiência (COP):
  Menor que os chillers de compressão, mas compensado pelo uso de calor desperdiçado.
• Aplicações:

  • Indústrias químicas, petroquímicas
  • Usinas termoelétricas
  • Projetos com cogeração

4. Chiller de Mancal Magnético (Magnetic Bearing Chiller)

O chiller com compressores de mancais magnéticos representa o estado da arte em eficiência, sustentabilidade e confiabilidade operacional.

Características técnicas:

• Levitação magnética ativa elimina o contato físico entre partes móveis
• Compressão centrífuga de alta velocidade
• Velocidade variável (VFD) integrada
• Sem óleo lubrificante (sistema oil-free)
• Controle digital inteligente com ajuste dinâmico de carga

Vantagens:

• Redução de perdas mecânicas por atrito
• Manutenção mínima (sem óleo para trocar, menos peças de desgaste)
• Níveis de ruído extremamente baixos (ideal para hospitais e prédios comerciais)
• Elevado IPLV (Integrated Part Load Value), com eficiência superior mesmo em cargas parciais

Aplicações:

Data centers com demanda térmica variável

Prédios corporativos com exigência de eficiência energética

Ambientes hospitalares e salas limpas

Edificações com certificação LEED ou foco em sustentabilidade

O chiller magnético pode gerar até 30% de economia de energia em comparação a chillers centrífugos tradicionais, além de contribuir para pontuação em certificações ambientais.

5. Chiller Médico para Ressonância Magnética

Projetado especificamente para manter temperaturas controladas e estáveis em equipamentos de imagem médica de alta sensibilidade.

Características:

• Precisão térmica com controle fino de temperatura (±0,5 °C)
• Capacidade de operação 24/7 com alta confiabilidade
• Integração com sistemas de alarme hospitalar e controle remoto
• Redundância de bombas e sensores críticos

Tecnologias embarcadas:

• Bombas de recirculação com velocidade variável
• Circuito hidráulico pressurizado com fluido dielétrico ou solução glicolada
• Alarmes integrados de sobretemperatura e falhas

Aplicações:

• Equipamentos de Ressonância Magnética (RM)
• Tomografia Computadorizada (TC)
• PET-CT, aceleradores lineares e lasers médicos
• Salas de exames de imagem com cargas térmicas elevadas

Importância clínica: A falha na refrigeração de um equipamento de RM pode interromper exames e causar perdas críticas de hélio, comprometendo o funcionamento do equipamento.

Parâmetros Técnicos para Seleção de Chillers

Para uma especificação técnica assertiva, os projetistas devem considerar:

A correta especificação dos tipos de chillers e suas aplicações é determinante para o sucesso técnico e econômico de um projeto. Modelos convencionais como chillers a ar e a água continuam sendo escolhas robustas e confiáveis, porém soluções avançadas como o Chiller de Mancal Magnético e o Chiller Médico para Ressonância Magnética estão redefinindo padrões de eficiência, precisão e confiabilidade.

Projetistas que buscam inovação, sustentabilidade e alta performance devem considerar essas tecnologias como diferencial competitivo em seus projetos.

1. O que são chillers e para que servem?

Chillers são equipamentos de refrigeração utilizados para remover calor de um fluido (geralmente água ou solução glicolada), resfriando-o para aplicações em climatização, processos industriais ou equipamentos médicos. Eles funcionam por meio de ciclos de compressão ou absorção de vapor.

2. Quais são os principais tipos de chillers?

Os principais tipos são:

• Chiller a ar: utiliza o ar ambiente para dissipação de calor.
• Chiller a água: usa torres de resfriamento e água para rejeição térmica.
• Chiller de absorção: opera com calor ao invés de energia elétrica.
• Chiller de mancais magnéticos: tecnologia oil-free com alta eficiência.
• Chiller médico: projetado para resfriar equipamentos como ressonância magnética.

3. Quando devo usar um chiller a ar ou a água?

• Chiller a ar é indicado quando:

  • O ambiente externo tem boa ventilação
  • Há limitação de infraestrutura hidráulica
  • O custo inicial precisa ser menor

• Chiller a água é mais adequado quando:

  • A eficiência energética é prioridade
  • Há disponibilidade de torre de resfriamento
  • O sistema opera em carga elevada e contínua

4. O que é um chiller de mancais magnéticos?

É um chiller com compressores centrífugos que utilizam levitação magnética ativa, eliminando atrito e a necessidade de óleo lubrificante. Oferece altíssimo desempenho em carga parcial, baixo ruído e quase zero manutenção. É ideal para projetos sustentáveis, hospitais e data centers.

5. O que diferencia um chiller médico de um industrial?

O chiller médico é projetado para aplicações críticas como ressonância magnética, tomografia e PET-CT, oferecendo:

• Precisão térmica superior (controle fino de temperatura)
• Operação contínua e silenciosa
• Alarmes e redundância embutidos
• Conformidade com normas hospitalares

Já o chiller industrial é mais robusto e adaptável a diferentes processos produtivos e cargas térmicas variáveis.

6. Como calcular a capacidade de um chiller?

A capacidade é calculada com base na carga térmica do processo:

Fórmula simplificada:

Q = 𝑚 × Cp × ΔT
Onde:
Q = carga térmica (kW)
m = vazão de fluido (kg/s)
Cp = calor específico da água (~4,18 kJ/kg°C)
ΔT = diferença de temperatura (°C)

A capacidade em TR (toneladas de refrigeração) pode ser obtida com:

1 TR ≈ 3,517 kW

7. O que é IPLV e por que ele importa?

IPLV (Integrated Part Load Value) é um índice que mede a eficiência do chiller em cargas parciais. Quanto menor o valor em kW/TR, mais eficiente é o equipamento em condições reais de operação. É um fator crucial para projetistas preocupados com consumo energético.

8. Quais fatores influenciam na escolha do tipo de chiller?

• Capacidade térmica exigida
• Eficiência energética desejada
• Condições climáticas locais
• Espaço disponível para instalação
• Tipo de fluido refrigerado
• Perfil de carga (constante ou variável)
• Necessidade de operação contínua ou crítica
• Custo total de propriedade (TCO)

9. Como garantir a redundância em aplicações críticas?

Utilizando configuração N+1 ou N+N, especialmente em hospitais, data centers ou processos industriais contínuos. Isso assegura que, mesmo com falha de uma unidade, o sistema continue operando.

10. É possível integrar chillers com sistemas de automação predial?

Sim. A maioria dos chillers modernos oferece integração via protocolos como BACnet, Modbus ou LonWorks, permitindo controle remoto, monitoramento em tempo real, alarmes e diagnósticos preditivos via BMS (Building Management System).