Guia para o cálculo da capacidade de arrefecimento do frigorífico para arrefecimento industrial

Os chillers industriais, também conhecidos como unidades de refrigeração ou máquinas de água gelada, são equipamentos essenciais que diminuem a temperatura da água ou de outros líquidos refrigerantes por meio de ciclos de refrigeração. Esses sistemas desempenham um papel crucial nos processos de fabricação, incluindo moldagem de plástico, fabricação de metal e produção química, onde a manutenção de temperaturas precisas garante a qualidade do produto e a eficiência operacional.

A seleção da capacidade adequada do chiller apresenta um desafio técnico significativo. Unidades subdimensionadas levam a um resfriamento inadequado que interrompe a produção, enquanto chillers superdimensionados desperdiçam energia e aumentam os custos de capital. Este guia fornece uma abordagem sistemática para quantificar as demandas de resfriamento e selecionar equipamentos de tamanho apropriado.

A determinação precisa da carga térmica - a quantidade de energia térmica que requer remoção - forma a base da seleção do chiller. Este cálculo deve levar em consideração múltiplos fatores, incluindo propriedades do material, parâmetros do processo e dissipação de calor do equipamento.

Este método se aplica a processos que envolvem aquecimento, resfriamento ou mudanças de fase do material. O cálculo incorpora o calor específico, diferenciais de temperatura e calor latente de transformação.

Fórmula Chave:

Q = m × c × ΔT + m × ΔH

Onde:

• Q : Carga térmica (BTU/hr)
• m : Taxa de fluxo mássico do material (lb/hr)
• c : Calor específico (BTU/lb·°F)
• ΔT : Diferencial de temperatura (°F)
• ΔH : Calor latente de mudança de fase (BTU/lb)

Etapas de Implementação:

1. Determine a taxa de produção do material
2. Obtenha as propriedades térmicas específicas do material
3. Meça ou especifique as mudanças de temperatura
4. Considere quaisquer transições de fase
5. Calcule a carga térmica total

Exemplo Prático: Um processo de injeção de plástico que manipula 100 lb/hr de material (c=0,4 BTU/lb·°F) com uma elevação de temperatura de 80°F a 180°F produz 4.000 BTU/hr. Aplicar um fator de segurança de 15% eleva o requisito para 4.600 BTU/hr.

Esta abordagem mede o desempenho do sistema de resfriamento existente por meio de taxas de fluxo de refrigerante e mudanças de temperatura.

Fórmula Simplificada:

Q = GPM × 500 × ΔT

Onde:

• GPM : Fluxo de refrigerante (galões/minuto)
• ΔT : Diferencial de temperatura do refrigerante (°F)

Exemplo de Aplicação: Um sistema com fluxo de 40 GPM e queda de temperatura de 97°F a 60°F requer 740.000 BTU/hr de capacidade de resfriamento.

As medidas padrão da indústria para a capacidade do chiller são em toneladas de refrigeração (TR), onde 1 TR equivale a 12.000 BTU/hr. A fórmula de conversão:

TR = Q / 12.000

Um requisito de 240.000 BTU/hr se traduz em uma capacidade de 20 TR.

As condições do mundo real exigem ajustes de capacidade:

• Temperatura do Refrigerante: Cada 1°F acima das condições padrão de 50°F reduz a capacidade em ~2%.
• Temperatura Ambiente: Cada aumento de 1°F diminui a capacidade em ~1%.
• Altitude: A cada 1.000 pés de elevação, a capacidade é reduzida em ~3%.

• Combine o tipo de chiller (ar/água, parafuso/centrífugo) com as necessidades da aplicação
• Considere a sofisticação do controle (manual/automático/CLP)
• Avalie as opções de eficiência energética, como acionamentos de velocidade variável
• Selecione fabricantes de boa reputação para confiabilidade
• Inclua margens de capacidade razoáveis para necessidades futuras

A especificação adequada do chiller requer uma análise cuidadosa das cargas térmicas e das condições de operação. Essa metodologia permite que os fabricantes alcancem confiabilidade de produção e eficiência energética em seus sistemas de resfriamento.