Um chiller mal dimensionado é percebido rapidamente. Se ficar subdimensionado, a água esquenta no verão e os ciclos se alongam. Se estiver superdimensionado, liga e desliga sem parar, consome mais do que o necessário e envelhece mais cedo. Dimensionar bem um chiller industrial não é difícil: é uma conta simples, alguns dados de processo confiáveis e um par de correções que quase sempre são esquecidas. Este guia as repassa com um exemplo real de injeção de plástico.
Chiller, resfriador ou refrigerador de processo: do que estamos falando
É o mesmo equipamento com nomes diferentes. Na Espanha diz-se enfriadora, refrigerador de agua ou, cada vez mais, chiller. No México e em boa parte da América Latina fala-se de chiller, enfriador de agua ou equipo de agua helada. Em todos os casos é uma máquina frigorífica que resfria um fluido (água ou água com glicol) e o envia ao processo em circuito fechado. Não confundir com um atemperador ou termorregulador, que estabiliza o molde em um setpoint de temperatura, normalmente acima da temperatura da água da rede.
A fórmula: Q = m · cp · ΔT
A potência frigorífica de que o processo precisa é o calor a ser retirado por unidade de tempo:
- Q: potência frigorífica (kW).
- m: vazão mássica (kg/s) do produto que é resfriado ou da água que circula.
- cp: calor específico (kJ/kg·K). Água: 4,18. Água com 30 % de glicol: aprox. 3,8.
- ΔT: diferencial de temperatura (K ou °C).
Na injeção de plástico é mais prático trabalhar com a entalpia do polímero: o calor que cada quilo libera ao passar da temperatura de massa para a de extração. Assim se evita calcular separadamente o calor sensível e, nos semicristalinos, o de cristalização.
Entalpia de referência por polímero
Valores aproximados entre a temperatura da massa e a temperatura de desmoldagem. Servem para um primeiro cálculo; para um projeto concreto, é recomendável compará-los com a ficha do material.
| Polímero | Calor a retirar (kJ/kg) | Equivalente (kWh/kg) |
|---|---|---|
| PS | 250–300 | 0,07–0,08 |
| ABS | 300–380 | 0,08–0,11 |
| PC | 300–380 | 0,08–0,11 |
| POM | 420–500 | 0,12–0,14 |
| PA6 / PA66 | 550–650 | 0,15–0,18 |
| PP | 550–650 | 0,15–0,18 |
| PE-HD | 600–700 | 0,17–0,19 |
Os semicristalinos (PP, PE, PA, POM) exigem quase o dobro de frio por quilo que os amorfos (PS, ABS, PC). Por isso, duas injetoras iguais podem precisar de chillers muito diferentes.
Exemplo: injetora que transforma 50 kg/h de PP
- Calor do material. 50 kg/h × 600 kJ/kg = 30.000 kJ/h. Dividido por 3.600 s: 8,3 kW.
- Cargas adicionais. Canal quente, ganhos de calor nas tubulações e bomba: em um molde com canal quente é razoável somar 10–20 %. Adotamos 15 %: 8,3 × 1,15 = 9,6 kW.
- Margem de segurança. Entre 15 % e 25 %, conforme a estabilidade da produção e a probabilidade de ampliação. Com 20 %: 9,6 × 1,2 = 11,5 kW.
- Correção por condições reais (temperatura da água e ambiente, veja abaixo). Se o equipamento trabalha fora das condições nominais, sua potência útil diminui e é preciso escolher um modelo maior.
Se o mesmo chiller também precisa resfriar o óleo hidráulico da injetora ou a garganta do funil, some essas cargas. O dado confiável é fornecido pelo fabricante da máquina; estimá-lo a olho costuma levar a um subdimensionamento.
A vazão de água
Com a potência já calculada, a vazão sai da mesma fórmula. Com 11,5 kW e um diferencial de 5 °C entre alimentação e retorno: m = 11,5 / (4,18 × 5) = 0,55 kg/s, cerca de 2 m³/h. A bomba do chiller precisa ser capaz de movimentar essa vazão com a perda de carga real do circuito: molde, mangueiras, conexões e distribuidores. Se o diferencial for maior, a vazão diminui, mas o molde trabalha com mais diferença entre entrada e saída. Para o molde em si, veja nosso guia sobre como calcular a vazão de refrigeração de um molde.
Temperatura da água: cada grau conta
Os catálogos informam a potência em condições nominais, frequentemente água a 12/7 °C e 35 °C de ambiente. Fora disso, a potência muda:
- Água mais fria: cada grau abaixo do ponto nominal reduz capacidade, da ordem de 3 % por grau. Pedir 5 °C quando o processo funciona bem a 12 °C sai caro.
- Abaixo de cerca de 5 °C é preciso trabalhar com glicol, que reduz a troca térmica e obriga a superdimensionar.
- Condensação: se a água entra no molde abaixo do ponto de orvalho do ar do galpão, o molde “sua” e surgem defeitos e corrosão. No verão, com umidade alta, isso pode acontecer já a 12–14 °C.
Defina a temperatura de água mais alta que o processo admitir, não a mais baixa que o equipamento puder fornecer. Como referência, consulte a tabela de temperaturas de molde por polímero.
Condensação a ar ou a água
| Critério | Condensação a ar | Condensação a água |
|---|---|---|
| Instalação | Simples, apenas eletricidade | Precisa de torre de resfriamento ou água de poço |
| Calor rejeitado | Para o ar: para o galpão ou para o exterior | Para o circuito de água de torre |
| Efeito do verão | Perde potência com temperatura ambiente alta | Mais estável se a torre estiver bem dimensionada |
| Eficiência | Menor com calor | Normalmente maior |
| Manutenção | Limpar serpentinas | Tratar a água da torre contra calcário e legionela |
Um chiller a ar instalado dentro do galpão devolve a ele todo o calor que extrai, mais o do compressor. Em uma planta pequena pode ser aceitável; em um galpão fechado em pleno verão, não. Se for a ar, calcule com a temperatura ambiente máxima real do local de instalação, não com a nominal.
Erros típicos no dimensionamento
- Calcular com a produção média em vez da máxima.
- Esquecer o canal quente, o óleo hidráulico ou as cargas que serão adicionadas dentro de um ano.
- Escolher pela potência nominal sem corrigir pela temperatura da água e do ambiente.
- Não verificar se a bomba vence a perda de carga de todo o circuito.
- Instalar um chiller a ar em uma sala sem ventilação.
- Superdimensionar para o dobro “por via das dúvidas”: o equipamento trabalha com carga baixa e regula pior.
Perguntas frequentes
De quantos kW de chiller uma injetora precisa?
Depende do material e dos quilos por hora, não da tonelagem de fechamento. Multiplique kg/h pela entalpia do polímero, divida por 3.600 e acrescente cargas adicionais e margem.
Que margem de segurança é razoável?
Entre 15 % e 25 % sobre a carga calculada. Acima disso, o equipamento trabalha quase sempre em carga parcial.
Posso usar um único chiller para várias máquinas?
Sim, é comum com um circuito centralizado. Some as cargas de todas, aplique um fator de simultaneidade realista e certifique-se de que cada máquina recebe sua vazão.
Preciso também de um termorregulador?
Se o molde trabalha acima da temperatura da água fria, normalmente sim. Explicamos isso em termorregulador ou chiller: diferenças e quando usar cada um.
Ajudamos você a dimensioná-lo
Envie-nos o material, os kg/h, a temperatura de água de que você precisa e onde o equipamento será instalado, e revisamos o cálculo com você. Você pode ver nossa linha de chillers industriais, testar o seletor de equipamentos ou falar com um técnico.