Noções básicas sobre soluções de resfriamento de fluidos resfriados a ar, resfriados a água, adiabáticos e híbridos

Noções básicas sobre soluções de resfriamento de fluidos resfriados a ar, resfriados a água, adiabáticos e híbridos

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Cooling Systems

Por Stephen G. Kline, PE, MBA, Gerente de Aplicações de Produto, Baltimore Aircoil Company

Os sistemas de resfriamento para conforto, refrigeração e aplicações industriais normalmente utilizam um dos três métodos principais para rejeição de calor - resfriado a ar, resfriado a água ou adiabático. O resfriamento híbrido, a rejeição de calor usando dois ou mais desses métodos, também ganhou popularidade nos últimos anos. Para escolher o sistema de resfriamento ideal, o engenheiro deve considerar o clima, o custo operacional desejado, a disponibilidade de água, a carga de resfriamento e quaisquer outros objetivos e restrições potenciais específicos do local, como manutenção.

Os sistemas refrigerados a ar usam resfriamento a seco. O ar passa por um trocador de calor aletado contendo o fluido do processo. O calor sensível é transferido do fluido de processo no trocador de calor para a corrente de ar que flui através da unidade. Para resfriar eficientemente o fluido do processo até a temperatura desejada para o sistema, a temperatura do bulbo seco deve ser significativamente menor que a temperatura do fluido. Em climas quentes e durante períodos de altas temperaturas ambientes, essa tecnologia resulta em temperaturas de projeto de fluido de processo mais altas e eficiências gerais do sistema mais baixas.

As unidades refrigeradas a ar também consomem muita energia para operar os ventiladores, que devem movimentar um grande volume de ar. Também é necessária uma área de superfície de transferência de calor significativamente maior do que os outros métodos de resfriamento, normalmente resultando em uma área de cobertura muito maior para resfriadores a seco do que os sistemas que utilizam rejeição de calor evaporativa ou adiabática. A temperatura operacional mais alta do projeto do sistema resulta em um consumo de energia significativamente maior para o sistema. Finalmente, como o sistema funciona com temperaturas de fluido de processo mais altas e o calor é o inimigo dos sistemas mecânicos, a vida útil do sistema é menor do que os sistemas de resfriamento alternativos que oferecem temperaturas de projeto mais baixas.

Os sistemas refrigerados a água normalmente usam rejeição de calor por evaporação para maximizar a eficiência energética e o desempenho térmico. O resfriamento evaporativo rejeita eficientemente o calor da água recirculante e descarrega o ar quente e úmido para a atmosfera, utilizando o potencial sensível e latente do ar. A rejeição de calor evaporativo reduz significativamente a potência necessária do ventilador, a área ocupada e, o mais importante, o consumo geral de energia do sistema. Este consumo de energia é significativamente menor do que o uso total de energia de sistemas de tamanho semelhante utilizando resfriamento a ar ou rejeição de calor adiabática. Em torres de resfriamento, resfriadores de fluido e condensadores evaporativos, um sistema de pulverização passa água sobre o meio de enchimento e/ou um trocador de calor. Usando a mesma física da transpiração, o processo evaporativo resfria a superfície da água à medida que as moléculas de H2O passam da fase líquida para a fase gasosa. O calor é então rejeitado para a corrente de ar através da unidade e, finalmente, para a atmosfera através do processo de resfriamento evaporativo.

O processo evaporativo depende da capacidade do ar que entra em absorver as moléculas de água evaporadas usando a força motriz de entalpia do ar. Quanto mais seco e menos úmido o ar, maior esse potencial, indicado pela temperatura de bulbo úmido, que é sempre igual ou menor que a temperatura de bulbo seco do ar. A temperatura de bulbo úmido está relacionada à quantidade de umidade no ar em relação à temperatura de bulbo seco. Uma torre de resfriamento evaporativo pode reduzir o fluido de processo no trocador de calor a alguns graus da temperatura de bulbo úmido. As torres de resfriamento evaporativo e os resfriadores de fluido provaram ser soluções de resfriamento poderosas e com eficiência energética em todos os climas. Embora utilizem água, que normalmente é muito mais barata que a energia, ainda é um importante recurso natural a ser conservado. Esta conservação é conseguida através do desenvolvimento e implementação de um programa eficaz de tratamento de água para o local.

O resfriamento adiabático também usa a evaporação, mas como meio de resfriar o ar que entra passando por um trocador de calor aletado. Em um sistema adequadamente projetado e operado, o trocador de calor aletado permanece seco, protegendo as superfícies contra incrustações e corrosão. O resfriamento de ar adiabático pode ser realizado por pulverização de água na corrente de ar ou usando almofadas molhadas que fornecem uma superfície para a interface de água e ar. No primeiro caso, o objetivo é que a água pulverizada na corrente de ar evapore antes de atingir a serpentina aletada, evitando incrustações e corrosão na serpentina que podem impactar negativamente na eficiência do sistema e na vida útil do equipamento. No segundo caso, uma almofada molhada é usada para resfriar a corrente de ar que entra. As almofadas são especialmente projetadas para reter a água na superfície das almofadas para garantir que ela não seja transportada para a bobina aletada, minimizando o risco de danos à bobina.

O uso de uma pequena quantidade de água para pré-resfriar o ar que entra no trocador de calor reduz o fluxo de ar necessário e a potência do ventilador em comparação com as unidades refrigeradas a ar, ao mesmo tempo que reduz a temperatura do fluido de volta ao sistema. Nos sistemas adiabáticos mais eficientes, o ar é resfriado próximo à temperatura de bulbo úmido. Essa redução substancial da temperatura do ar resulta em um aumento significativo na capacidade de resfriamento a seco e na eficiência energética em comparação com os projetos somente a seco. Uma vez que a temperatura ambiente começa a se aproximar do congelamento, ou durante períodos de carga reduzida, a unidade pode ser comutada para operar em modo somente seco, diminuindo assim o uso de água.

Os controles do sistema de rejeição de calor adiabático são projetados para serem flexíveis, inteligentes e amigáveis ao cliente, aproveitando ao máximo os modos de operação duplos. Em um ponto de projeto selecionado pelo cliente, como um bulbo seco ambiente mais frio e uma carga de calor mais baixa, a unidade pode desligar a recirculação de água e alternar para operação no modo seco. Além disso, o reservatório de água de recirculação de baixo volume drena automaticamente quando ocorrem temperaturas de congelamento, negando a necessidade de aquecedores de reservatório.

O projeto de recirculação de um sistema de rejeição de calor adiabático consome menos água do que uma torre de resfriamento evaporativo. Observe que alguns projetos utilizam um sistema de umedecimento “de passagem única” que pode aumentar substancialmente o uso de água, em comparação com o sistema do tipo recirculante. No entanto, esses projetos também podem violar os códigos locais que proíbem o uso de resfriamento único, portanto, os funcionários do código local devem ser consultados.

Os produtos de resfriamento híbrido usam uma combinação de tecnologia de rejeição de calor seco e evaporativo. Combinando os benefícios de ambos, os produtos híbridos podem ser ideais para aplicações sensíveis à água e ainda oferecer alta eficiência energética. Eles têm a opção de operar “úmido”, agregando os benefícios associados à rejeição de calor evaporativo ou adiabático, além de operar em modo seco. Dependendo das necessidades de água e energia do cliente, juntamente com as condições ambientais, esses produtos podem deslocar a carga para o método adequado de rejeição de calor para otimizar a conservação de água e energia para um local específico.

A BAC, líder em soluções de refrigeração sustentáveis, cria tecnologia de rejeição de calor de ponta para atender às necessidades de nossos clientes: soluções de refrigeração a ar, água, adiabática e híbrida estão prontamente disponíveis, cada uma oferecendo vantagens exclusivas para o seu sistema. Entre em contato com seu representante de vendas local da BAC para obter assistência na escolha da solução de resfriamento ideal para seu próximo projeto.

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