Tipos de sistemas indirectos

Como pudemos constatar no nosso artigo anterior ‘‘sistemas de arrefecimento direto e indireto”, temos uma grande variedade de sistemas de arrefecimento disponíveis, o que se torna uma vantagem quando procura o seu sistema adequado. Poderá optar por ter informação suficiente para avaliar melhor qual o que melhor se adapta a si e às suas necessidades. Neste caso, vamos aprender um pouco mais sobre os tipos de sistemas de arrefecimento indireto.

Definição de sistemas de arrefecimento indireto

O gás refrigerante é confinado na zona de geração de arrefecimento, onde a potência de arrefecimento é transferida para um fluido intermédio através de um permutador de calor. O fluido intermédio, acionado por um sistema de bombagem, transporta-o para os utilizadores finais, tais como refrigeradores de ar, permutadores, serpentinas de depósito, etc.

Quais são os tipos de arrefecimento indireto?

Podem ser divididos em:

• Sistemas indirectos fechados.
• Sistemas indirectos com fluidos secundários em mudança de fase.
• Outros tipos de sistemas indirectos

Sistemas indirectos fechados

O fluido intermédio não entra em contacto direto com o produto a arrefecer. Existem vários tipos de sistemas indirectos fechados:

Indireto fechado “Incorporado no local”.

Trata-se de sistemas de arrefecimento de fluido secundário que, devido às suas dimensões, não podem ser entregues testados em fábrica, embora possam ser pré-fabricados em blocos, como mostra a foto, um dos 6 módulos para o aeroporto de Heathrow. Cada um deles, utilizando R-717 como gás refrigerante e MEG como fluido secundário para uma capacidade unitária de 6.700 kW, com um conteúdo de 135 kg de R-717 equivalente a uma carga crítica de 0,2 kg/kW .

Pré-fabricados indirectos

Este é um sistema de arrefecimento de fluido secundário que foi construído e testado na fábrica quanto ao funcionamento e desempenho e entregue totalmente montado na fábrica para ligação ao circuito de fluido secundário. A Figura 3 mostra um protótipo de um chiller INTARCON com R-717 como gás refrigerante, com compressor de parafuso, arrefecido a ar, adequado para funcionar a temperaturas exteriores até 48 °C. Capacidade de refrigeração 362 kW para refrigeração MPG a 35% entre -5 °C e -10 °C, carga crítica 0,08 kg/kW.

Sistemas indirectos com fluidos secundários sujeitos a mudança de fase

1. pasta de gelo – mistura bifásica de líquidos e sólidos

Uma instalação de arrefecimento indireto de fluidos arrefece MPG ou MEG a uma temperatura abaixo do ponto de congelação de um segundo fluido, água, MPG ou MEG, contido num segundo tanque, equipado com um permutador e um sistema de mistura. Aqui este segundo fluido é mantido numa mistura de fase líquida e sólida sob a forma de “Ice Slurry”. Uma bomba alimenta um tanque tampão, onde outro misturador mantém o fluido nesta forma semi-congelada e torna possível a bombagem.

Esta mistura é bombeada, normalmente a longas distâncias. O calor, sob a forma de calor sensível e latente, é transferido através de permutadores de calor locais, por exemplo, refrigeradores de ar, para as salas (ou produtos) a arrefecer. Um exemplo típico é o ar condicionado nas minas de diamantes na África do Sul.

2. Secundário com gás refrigerante em mudança de fase sem queda de pressão.

Se está a pensar como funciona este sistema de arrefecimento indireto, um chiller arrefece condensando-o (o gás refrigerante secundário, por exemplo, CO2). Este gás, em fase líquida, é bombeado por bombas herméticas ou semi-herméticas para as unidades terminais, onde o fluido secundário troca calor latente sem alteração de pressão, evaporando uma fração do líquido.

As vantagens deste sistema são:

• A possibilidade de utilização a baixas temperaturas, serviços até -45 °C.
• Redução dos custos de bombagem e redução do diâmetro e do isolamento dos tubos devido a:
  • 1 kg de CO2 pode trocar 258 kJ/kg. 1 kg de MPG pode trocar, com um DT de 5 K, aproximadamente 18 kJ/kg entre -10 °C e -5 °C. Mesmo considerando o bombeamento de 2 vezes a massa de CO2 a ser evaporada, a capacidade de transporte do CO2 é 7 vezes maior do que a do MPG.
  • Viscosidade: A viscosidade do CO2 líquido a -10 °C é de 0,118 mPa-s. A viscosidade do MPG a -10 °C com uma concentração de 35 % é de 17,5 mPa-s. Como a viscosidade tem uma influência inversamente proporcional nas perdas de pressão no circuito e a quantidade de fluido a bombear é muito menor, esta solução representa uma opção óptima do ponto de vista da poupança de energia na bombagem, bem como uma redução do diâmetro da tubagem e dos custos de isolamento.
  • Outro ponto favorável é que, como o refrigerante é um fluido com uma mudança de fase e temperatura de troca constantes, o Δtml é maior e, consequentemente, e em paridade com outros parâmetros, as superfícies de troca são menores.

3. Sistemas com unidades periféricas de CO2 subcrítico a baixa temperatura

É um sistema em que uma unidade de refrigeração arrefece um fluido secundário, normalmente MPG ou MEG, e um sistema de bombagem distribui-o pela instalação.

O fluido de arrefecimento secundário, ou refrigerante, alimenta diretamente os refrigeradores de ar das câmaras e/ou outros sistemas de arrefecimento para serviço a 0 °C.

Ao mesmo tempo, o fluido secundário é utilizado como fluido frio para condensar CO2 em unidades periféricas subcríticas compactas, que podem arrefecer túneis de congelação e/ou câmaras frigoríficas de baixa temperatura.

Outros tipos de sistemas indirectos

Para terminar este artigo, referimos apenas que existem outros tipos de sistemas indirectos, como os sistemas de condensação indireta e os sistemas de tipo aberto. Pode descarregar a informação completa clicando na imagem abaixo. Ambos são analisados neste ficheiro PDF descarregável.