O projeto original previa sistema VRF para as salas cirúrgicas e outras áreas críticas; a engenharia da instaladora apresentou um projeto de água gelada mais seguro, eficiente e econômico

Os sistemas de climatização hospitalar exercem papel central na segurança assistencial, sendo responsáveis por garantir condições adequadas de temperatura, umidade relativa, filtragem e pressurização dos ambientes críticos. Atender aos requisitos da ABNT NBR 7256 exige soluções que conciliem desempenho térmico, confiabilidade operacional e facilidade de manutenção.

Este artigo apresenta o relato de caso da implantação de uma minicentral de água gelada (Mini-CAG) no Instituto Ingrid Lins, clínica em Natal/RN especializada em transplante capilar e cirurgia dermatológica. O projeto original previa climatização das áreas críticas por expansão direta em sistema VRF; durante a fase de desenvolvimento executivo, a Arplan Engenharia propôs uma alternativa em água gelada para atender as três salas cirúrgicas, a sala de repouso pós-anestésico (RPA) e a sala de guarda de equipamentos.

São apresentados os desafios técnicos enfrentados, em especial o reduzido volume hidráulico típico de instalações de pequeno porte, os critérios de engenharia adotados, a filosofia de automação implementada e os resultados obtidos, incluindo redução de custo de investimento em relação à solução original.

O projeto de climatização foi desenvolvido pelo engenheiro João Cruz, da Air Solution Be Prime, e previa, para as áreas críticas, uma solução baseada em expansão direta: cinco Unidades de Tratamento de Ar (UTAs), dotadas de filtragem grossa, fina e absoluta e projetadas para fluxo laminar nas salas cirúrgicas, interligadas a quatro condensadoras Mini VRF de 6 HP (totalizando 24 HP) por meio de Control Box. As áreas de RPA e guarda de equipamentos seriam atendidas pelo mesmo arranjo. Os ambientes não críticos — consultórios, recepção, escritório e sala de reunião — foram atendidos por evaporadoras dutadas G4+F8 e cassetes de 1 via interligados a um sistema VRF de 66 HP, solução que foi mantida integralmente ao longo de todo o projeto.

Na configuração original, essa solução tinha um custo estimado de R$ 1.156.660,00.

A proposta alternativa

Durante o desenvolvimento executivo, a Arplan identificou uma oportunidade de melhoria técnica: uma vez que as UTAs já eram responsáveis pelo tratamento completo do ar, por que manter a expansão direta através de condensadoras Mini VRF, quando a própria arquitetura do projeto já comportava naturalmente a adoção de água gelada?

A proposta foi apresentada ao projetista original, que aprovou tecnicamente a mudança. Após reuniões conjuntas entre as duas engenharias, chegou-se à solução definitiva: substituir as quatro condensadoras Mini VRF por uma minicentral de água gelada compacta, mantendo integralmente os níveis de filtragem originalmente especificados e preservando o sistema VRF LG de 66 HP para os ambientes não críticos.

A Mini-CAG foi composta por quatro mini chillers Carrier Aqua Junior de 5 TR (capacidade efetiva de aproximadamente 4,2 TR cada), duas bombas centrífugas, cinco UTAs, também da Midea Carrier, um tanque de aumento de volume de água de 500 litros e um sistema de automação baseado em CLP, com lógica de controle desenvolvida integralmente pela equipe da instaladora.

Embora conceitualmente direta, a proposta trazia consigo dois desafios de engenharia característicos de sistemas de água gelada em pequena escala, tratados nas seções seguintes.

Desafios

Nas grandes Centrais de Água Gelada convencionais, o elevado volume de água do circuito hidráulico proporciona, por si só, inércia térmica e estabilidade operacional. Em sistemas compactos, no entanto, essa característica praticamente desaparece: o pequeno volume de água faz com que qualquer variação de carga térmica produza alterações rápidas na temperatura do fluido, aumentando a frequência de partidas dos chillers e dificultando a estabilidade do controle.

Segundo Peter Bernhard Wursch, responsável pelo projeto mecânico, a solução adotada consistiu em dimensionar um tanque de aumento de volume de 500 litros, o dobro do volume mínimo recomendado para operação estável dos chillers, isolado termicamente com espuma elastomérica e revestido externamente em alumínio liso. É importante destacar que esse equipamento tem apenas a finalidade aumentar o volume total de água gelada em circulação, conferindo maior inércia hidráulica ao sistema e reduzindo a velocidade de variação da temperatura da água diante das oscilações de carga térmica. Como resultado, os mini-chillers passaram a operar em condições mais estáveis, com menor número de ciclos de partida e maior estabilidade no controle da temperatura da água gelada.

Outro ponto crítico do projeto foi evitar a chamada Síndrome do Baixo DT, condição que compromete significativamente a eficiência de sistemas de água gelada ao reduzir a diferença de temperatura entre a água de ida e de retorno, forçando vazões mais altas que as necessárias e penalizando o desempenho dos chillers. Para mitigar esse risco, todas as válvulas proporcionais das serpentinas foram dimensionadas com autoridade compatível com as recomendações do Capítulo 46 — Valves, do Ashrae Handbook: HVAC Systems and Equipment, garantindo perdas de carga entre aproximadamente 25% e 50% quando totalmente abertas. Complementarmente, foi concebido um sistema hidráulico de primário variável, no qual a vazão de água gelada acompanha continuamente a demanda térmica real da instalação, monitorada em tempo real. Essa estratégia permitiu manter diferenciais de temperatura da água gelada entre 5,0 °C e 5,5 °C ao longo da operação do sistema, consistente com as boas práticas de projeto e essencial para preservar a eficiência energética da central.

Automação: parte essencial

Parte relevante do desempenho obtido é atribuída à filosofia de automação desenvolvida especificamente para esta aplicação. Segundo Daniel Rocha Wursch, responsável pelo projeto elétrico e de automação, toda a lógica de controle foi implementada em um Controlador Lógico Programável (CLP).

O sistema monitora continuamente o percentual de abertura das válvulas proporcionais instaladas nas serpentinas das UTAs, utilizando esse valor como indicador direto da demanda instantânea de água gelada. À medida que a demanda cresce, novos mini-chillers são acionados automaticamente, enquanto o inversor de frequência da bomba ajusta continuamente a rotação, fornecendo em cada instante apenas a vazão necessária ao sistema.

Nas UTAs, o controle de temperatura e umidade relativa é realizado por lógica PI (Proporcional-Integrativa), com sensores NTC para temperatura ambiente, comunicação Modbus entre os controladores locais e sensores de umidade relativa com saída em 4–20 mA instalados no retorno dos dutos.

A lógica de automação também incorporou redundância operacional: as bombas alternam automaticamente em regime semanal, com comutação imediata em caso de falha e emissão de alarme para a equipe de manutenção; os chillers, por sua vez, possuem sequenciamento de operação que se altera diariamente, promovendo desgaste uniforme entre os quatro equipamentos.

Distribuição do ar

Toda a rede de dutos foi executada em painéis pré-isolados de poliuretano expandido Multivac MPU Clean. Além das vantagens de isolamento térmico e redução de peso da instalação, a superfície interna lisa reduz o acúmulo de partículas e facilita os procedimentos de limpeza, características particularmente relevantes em ambientes hospitalares sujeitos a exigências rígidas de qualidade do ar.

A solução desenvolvida demonstrou que sistemas compactos de água gelada podem representar uma alternativa tecnicamente robusta para aplicações hospitalares de pequeno porte, historicamente dominadas pela expansão direta em VRF. O tanque de aumento de volume conferiu maior estabilidade térmica ao circuito hidráulico, enquanto a estratégia de automação permitiu que a capacidade instalada acompanhasse continuamente a carga térmica real da edificação.

Como resultado direto, o sistema passou a operar com controle mais preciso de temperatura e umidade relativa, mantendo diferenciais de temperatura da água compatíveis com os objetivos de projeto e evitando as ineficiências associadas ao Baixo DT.

Do ponto de vista de manutenção, a arquitetura baseada em múltiplos mini-chillers interligados ao mesmo anel hidráulico oferece redundância operacional superior à da solução original: enquanto no arranjo em VRF três UTAs dependiam de condensadoras individuais e duas compartilhavam uma única condensadora, na Mini-CAG a bomba principal conta com reserva automática e os quatro chillers operam de forma interligada, permitindo a manutenção de um equipamento isolado sem comprometer o funcionamento da central, característica importante para aplicações críticas, nas quais a continuidade operacional é indissociável da segurança do paciente.

Do ponto de vista econômico, a migração para a Mini-CAG reduziu o custo total de investimento de R$ 1.156.660,00 para R$ 993.097,00, algo em torno de 14%, contrariando a percepção comum de que sistemas de água gelada são necessariamente mais caros que soluções de expansão direta em instalações de pequeno porte.

Créditos das fotos: Arplan