Projeto e calculadora de água gelada industrial: circuito fechado, vazão e bombeamento
PORTFÓLIO DE SISTEMAS • ITEM 03 • PE074
Projeto e calculadora de água gelada industrial
Conheça a composição de um circuito fechado com chiller, bombas e consumidores. Ao final, calcule vazão, velocidade, perdas e potência de bombeamento.
Como a água circula
O chiller retira calor da água no evaporador. A água gelada segue pelo coletor de alimentação até os consumidores, recebe calor do processo e retorna ao circuito. Neste exemplo, a alimentação está a 7 °C e o retorno a 12 °C. São condições hipotéticas de ensino, que precisam ser definidas para cada aplicação.
A central utiliza um chiller condensado a ar: seus ventiladores movimentam ar pelas serpentinas do condensador, onde o calor é rejeitado para o ambiente. Os bocais de água mostrados pertencem ao circuito do evaporador; o circuito frigorífico permanece interno ao equipamento.
Componentes do modelo
- CH-101 — chiller: resfria a água de circulação.
- P-101A/B — bombas: uma opera e uma fica de reserva. Cada bomba possui bloqueios e retenção na descarga.
- ST-101 — filtro Y: protege a entrada do evaporador contra partículas; sua perda precisa entrar no cálculo.
- E-101A/B/C — consumidores em paralelo: representados por trocadores de placas com quatro conexões. A água gelada e o fluido de processo circulam por canais separados.
- AS-101 e EX-101: separador de ar no retorno e vaso de expansão conectado ao lado de sucção das bombas.
- Instrumentação e auxiliares: medição de pressão e temperatura, confirmação de fluxo para o chiller, conexão de enchimento com água tratada, drenos e alívio de pressão.
O arranjo é de circulação primária constante. A distribuição e o balanceamento devem garantir a vazão mínima do evaporador. Não se prevê fechar todos os consumidores mantendo o chiller ligado: a lógica de operação e os limites do fabricante precisam ser verificados.
Vazão: partir da carga térmica
Para um fluido com propriedades adotadas constantes, utiliza-se ṁ = Φ/(cp × ΔT) e Q = ṁ/ρ. Com 100 kW, ΔT de 5 K, cp = 4,19 kJ/(kg·K) e ρ = 999,7 kg/m³, a vazão resulta em aproximadamente 17,189 m³/h.
Adotando apenas para verificação um diâmetro interno de 62,7 mm, a velocidade é aproximadamente 1,546 m/s. O critério ilustrativo de 2 m/s não substitui a verificação de perda de carga, ruído, materiais e condições de instalação. Diâmetro interno não é DN.
Altura da bomba em circuito fechado
A bomba vence as perdas de pressão do percurso completo. A subida e a descida da coluna de fluido se compensam no balanço do circuito fechado; por isso a altura do edifício não é adicionada diretamente à altura manométrica de circulação. A pressão de enchimento, a pressão no ponto mais alto, o NPSH e a expansão térmica precisam de verificações separadas.
O exemplo aplica Darcy–Weisbach: hf = fD × (Leq/D) × v²/(2g). Com Leq de 80 m e fator de Darcy 0,025, obtém-se hf ≈ 3,888 m. Adicionando 8 m de perdas dos equipamentos e outros requisitos ainda não contabilizados, resulta H ≈ 11,888 m.
Os 80 m representam um trecho equivalente com vazão uniforme. Para a rede ramificada do modelo, cada segmento deve ser calculado com sua vazão; depois se avalia o percurso crítico, incluindo apenas o consumidor desse caminho. Não se somam as perdas dos três consumidores paralelos como se estivessem em série.
Potência e seleção dos equipamentos
Com rendimento da bomba de 65% e do motor de 90%, a potência hidráulica do exemplo é 0,557 kW, a potência no eixo é 0,856 kW e a entrada elétrica estimada é 0,952 kW. Esses números não selecionam o motor e não representam o consumo do chiller.
A seleção final depende de curva da bomba, eficiência no ponto de trabalho, NPSH, perdas reais do evaporador e dos trocadores. O chiller também exige verificação de faixa de vazão e volume mínimo de água; um tanque de inércia pode ser necessário conforme o equipamento e a operação.
Isolamento, expansão e tratamento
Tubulações frias exigem isolamento térmico e barreira de vapor contínua para limitar ganhos de calor e condensação. A modelagem mostra revestimento ilustrativo em trechos principais; espessura, juntas, válvulas e suportes isolados ainda devem ser especificados.
O vaso de expansão acomoda a variação de volume do fluido; sua seleção depende do volume do sistema, temperaturas e pressões. Água tratada, limpeza, purga de ar e proteção contra corrosão também fazem parte do projeto. Se houver glicol, use as propriedades da mistura e revise perdas, capacidade, congelamento e limites do fabricante.
Referências
Caleffi — pressão estática e circulação em circuito fechado; Caleffi — componentes do circuito hidrônico fechado; Caleffi — conceitos e detalhamento hidrônico; Carrier — catálogo de chiller condensado a ar e requisitos de volume de água. Os valores desta matéria são hipóteses didáticas e não especificações extraídas desses fabricantes.
Calculadora de água gelada industrial
Informe o percurso equivalente. Em “perdas adicionais”, inclua o evaporador, o consumidor crítico e os acessórios não contemplados em Leq. Não contabilize a mesma perda duas vezes.
Pré-dimensionamento didático. Os resultados não selecionam equipamentos, não dimensionam vaso de expansão e não substituem o projeto da instalação.
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