Como dimensionar um chiller industrial: cálculo passo a passo

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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

  1. Calor do material. 50 kg/h × 600 kJ/kg = 30.000 kJ/h. Dividido por 3.600 s: 8,3 kW.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

Como dimensionar um chiller industrial: cálculo passo a passo

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