Central de água gelada: como funciona e quando a indústria precisa

Como funciona uma central de água gelada?

A central de água gelada (CAG) é uma planta que resfria água e a envia por tubulação aos pontos que precisam retirar calor. Em geral, são as serpentinas das unidades de tratamento de ar e os trocadores de calor de processo. O equipamento central é o chiller.

A base física é o ciclo de refrigeração, a base termodinâmica para remover calor de edificações e rejeitá-lo ao exterior ¹. Segundo um trabalho acadêmico que cita o MMA (2017), um chiller de compressão a vapor tem basicamente o motor-compressor, o condensador, o dispositivo de expansão e o evaporador ³.

O calor retirado do sistema precisa ir para algum lugar. Na CAG, a água de resfriamento retira o calor do fluido refrigerante no trocador do condensador ³. Nas plantas com água de condensação, essa água normalmente passa por uma torre de resfriamento, onde devolve o calor ao ar.

Esse ponto pesa na operação. Uma baixa vazão de água de condensação pode impactar o funcionamento do chiller ³. O circuito de água de condensação, portanto, deve ser tratado como parte do desempenho do chiller.

Quais são os componentes de uma CAG?

Uma CAG é um sistema, não um equipamento isolado. A tabela resume cada parte e o ponto de atenção que as fontes consultadas destacam.

Circuito primário e secundário

Em CAGs com circuito primário/secundário, as bombas de água gelada do circuito secundário são dimensionadas com vazão variável ³. Cabe ao projeto definir como esses circuitos se dividem em cada planta.

Tubulações, elétrica e automação

Chillers, torres e bombas dependem de alimentação elétrica, quadros e controle. Em uma reforma ou ampliação de CAG, a tubulação, a parte elétrica e a automação são frentes que precisam ser projetadas em conjunto com a mecânica.

Quando a indústria precisa de uma central de água gelada?

A CAG faz sentido quando a planta tem demanda de resfriamento distribuída em vários pontos, em climatização, em processo ou nos dois. É uma decisão de engenharia, baseada em carga térmica e perfil de uso. As fontes consultadas aqui não fixam um limite de capacidade a partir do qual a CAG seja obrigatória.

Aplicações em climatização

A ABNT NBR 16401-1, que trata de projetos das instalações de ar-condicionado centrais e unitários, também se aplica a ambientes não abrangidos por normas específicas. Entre eles estão salas limpas, laboratórios, centros cirúrgicos e processos industriais ⁵.

A ABRAVA noticiou a entrada em vigor, desde 19 de novembro, de uma nova versão da NBR 16401, norma que regulamenta instalações de ar-condicionado em sistemas centrais e unitários ⁶. O trecho consultado não informa o ano, então confira a edição vigente no catálogo da ABNT antes de citá-la em projeto ou contrato.

Para salas limpas, o artigo HVAC sala limpa: filtros, pressão e fluxo de ar na prática detalha o lado do ar.

Aplicações em processo

Água gelada também alimenta trocadores de calor de processo, como reatores, sistemas de utilidades e linhas de produção que precisam de temperatura controlada. O requisito vem do processo, e a CAG é uma das formas de atendê-lo. Por isso, o levantamento das cargas de processo deve vir antes do dimensionamento da central.

Perguntas para decidir

• Quantos pontos de consumo existem e onde estão?
• A demanda varia ao longo do dia ou do ano?
• Haverá ampliação da planta no futuro?
• O que acontece com a produção se a central parar? Isso define a necessidade de redundância.
• Qual norma específica o ambiente precisa atender?

O que a lei diz sobre climatização

A Lei 13.589, de 4 de janeiro de 2018, obriga edifícios de uso público e coletivo com ar interior climatizado artificialmente a ter um PMOC (Plano de Manutenção, Operação e Controle) dos sistemas de climatização ². Ela também se aplica a ambientes climatizados de uso restrito, como os de processos produtivos, laboratoriais e hospitalares, que devem obedecer a regulamentos específicos ².

A lei define sistemas de climatização como o conjunto de instalações e processos que, por meio de equipamentos em recintos fechados, produz condições específicas de conforto e boa qualidade do ar ². Se a sua central atende ambientes climatizados, vale confirmar com o responsável técnico como essa definição se aplica ao caso.

Como melhorar a eficiência energética de uma CAG?

O primeiro cuidado é olhar a planta inteira. A eficiência do chiller é apenas um dos fatores que afetam o consumo de energia de uma planta de água gelada ⁷.

A tabela reúne o que as fontes dizem sobre os principais pontos.

Como usar o IPLV com critério

O IPLV ajuda a comparar chillers em uma condição padronizada ⁷. Seus pesos de ponderação vêm de uma média de tipos de edificação e climas de cidades dos EUA ⁷. Por isso, é razoável supor que o valor não represente uma operação industrial brasileira, com perfil de carga e horas de operação próprios. Trata-se de uma inferência nossa, não de um dado da fonte. Peça ao fornecedor o desempenho do equipamento nas cargas em que a sua planta realmente opera.

Onde a velocidade variável ajuda

O estudo da Applied Energy indica que o acionamento de velocidade variável (VSD) no compressor permite economia de energia de até 25% em determinados níveis de carga parcial ⁸. Antes de especificar, levante o perfil de carga da planta.

Que manutenção uma CAG exige?

A manutenção cobre quatro frentes: o desempenho do chiller, a higiene da torre, a filtragem do ar e a documentação.

• Vazão da água de condensação. Uma vazão baixa pode impactar o funcionamento do chiller ³. Vale monitorar a vazão para evitar perda de desempenho.
• Torre de resfriamento. Entre as medidas de correção previstas na RE 9/2003 da Anvisa estão a limpeza e a conservação das torres de resfriamento, a higienização de reservatórios e bandejas de condensado ou o tratamento contínuo ⁴.
• Filtragem do ar. A mesma resolução exige filtros G1 na captação de ar exterior e, no mínimo, filtros G-3 nos condicionadores de sistemas centrais ⁴.
• Documentação. A ABRAVA define o PMOC como o conjunto de documentos com os dados da edificação, do sistema de climatização e do responsável técnico, além dos procedimentos e rotinas de manutenção, com comprovação de que foram executados ⁹.

A Lei 13.589/2018 remete os padrões de qualidade do ar interior à Resolução nº 9 da Anvisa, de 16 de janeiro de 2003, e posteriores alterações, assim como às normas técnicas da ABNT ¹⁰.

Como a EMR faz

A EMR Construções e Instalações Industriais fica em Taboão da Serra (SP) e nasceu em 1987. Trabalha na concepção, realização, qualificação e validação de instalações de produção, dentro das Boas Práticas de Fabricação (GMP), para os setores farmacêutico, biotecnologia, veterinário, cosméticos, sanitário, químico e hospitalar.

A obra de referência para este tema é o Instituto Butantan, onde a EMR trabalha desde 2014, com construção civil, elétrica de baixa e média tensão, utilidades e HVAC, automação e SPCI. Em 2019, a EMR reformou e ampliou a Central de Água Gelada do instituto. O escopo incluiu tubulações de 1" a 20", elétrica de média e baixa tensão, automação e controle, chillers, torres de resfriamento e plataformas metálicas. Conheça mais em EMR no Instituto Butantan.

O que torna uma CAG viável na prática é a integração das disciplinas. Por isso, a EMR executa obras turn key, com civil, elétrica, mecânica, utilidades, automação e HVAC no mesmo contrato. Na mecânica, a EMR fabrica plataformas, pipe-racks e suportes, monta linhas em PVC, polipropileno, aço preto, galvanizado e inox, e executa tanques, equipamentos, isolamento térmico e testes hidrostáticos.

O trabalho segue as etapas da EMR: consultoria, anteprojeto, engenharia, execução com equipe própria no canteiro e com a fábrica em operação, gerenciamento e qualificação e validação. Para entender como planejar esse tipo de intervenção, leia Reforma industrial com a fábrica em operação: como planejar.

Se a sua planta precisa de uma central de água gelada nova, de uma ampliação ou de uma reforma, fale com a EMR e conte qual processo e quais ambientes a central precisa atender.