Eficiência em carga parcial, operação oil-free, refrigerantes de baixo GWP e controles integrados estão redefinindo os critérios de seleção de compressores

Se o compressor é o coração do sistema de refrigeração e ar-condicionado, especificar o equipamento que mais condiz com a aplicação é meio caminho andado para o bom desempenho do sistema, otimizando o consumo de energia e reduzindo o custo de manutenção por anos.

Para avançar no entendimento sobre o tipo de equipamento a ser especificado em cada situação, ouvimos dois especialistas: Ana Carolina de Souza Rodrigues, engenheira de aplicação e vendas da Copeland, e Adalberto Charnichart, senior regional commercial director applied products Latin America da Johnson Controls. Os dois concordam em um ponto central: não há tecnologia universal.

Compressor com tecnologia Aerolift

O que mudou na última década

Segundo Charnichart, os avanços mais significativos “têm se concentrado em melhorar a eficiência energética, reduzir o impacto ambiental, aumentar a flexibilidade operacional e ampliar a confiabilidade”. Ele cita como principais desenvolvimentos “a tecnologia de mancais magnéticos, os acionamentos de velocidade variável (VSDs), as melhorias aerodinâmicas em impellers e rotores, os sistemas avançados de controle e a adoção de refrigerantes com baixo e ultrabaixo potencial de aquecimento global (GWP)”.

“Essas inovações ampliaram as faixas de operação, melhoraram o desempenho em diferentes condições de carga e otimizaram o consumo anual de energia. Isso é particularmente importante porque a maioria dos sistemas de AVAC-R opera em carga parcial durante grande parte do ano. Recursos modernos de monitoramento, análise e diagnóstico também permitem identificar ineficiências mais cedo, apoiar estratégias de manutenção proativa e melhorar a confiabilidade do sistema no longo prazo”, explica Charnichart.

Ana Carolina, da Copeland, coloca o movimento em termos semelhantes: os avanços “estão evoluindo em resposta à demanda por redução do consumo de energia e das emissões de carbono”, com foco em “melhorar a eficiência dos sistemas, permitir flexibilidade operacional, aumentar a confiabilidade e apoiar a transição para refrigerantes com menor potencial de aquecimento global (GWP)”.

Nas unidades condensadoras, ela vê o scroll como protagonista, na medida em que “oferecem capacidades de velocidade fixa e capacidade variável, maior eficiência e um projeto mais compacto em comparação com tecnologias tradicionais”, o que “permite aos fabricantes desenvolver equipamentos menores, mais eficientes e competitivos”. Ela também observa que a injeção aprimorada de vapor (EVI), “que antes estava principalmente associada a sistemas rack e grandes instalações de refrigeração, está se tornando cada vez mais comum em unidades condensadoras”.

Antes de comparar tecnologias, a engenheira da Copeland lembra que “nenhuma tecnologia de compressor é universalmente adequada para todas as aplicações”. Segundo ela, a seleção “deve considerar capacidade, faixa de operação, perfil de carga, temperaturas de evaporação e condensação, eficiência sazonal, clima, espaço disponível, requisitos de manutenção, tipo de refrigerante e custo total de propriedade”.

Essas são, também, as recomendações do diretor da Johnson Controls. “Não existe uma única tecnologia ideal para todas as aplicações”. A escolha do chiller, diz ele, depende de “capacidade de climatização necessária, perfil de operação, objetivos de eficiência energética, condições do local e metas operacionais de longo prazo”.

Scroll: eficiência, baixa vibração e modulação

Para a engenheira da Copeland, o scroll é “particularmente adequado quando o objetivo é obter uma combinação de eficiência, confiabilidade, baixa vibração, simplicidade de projeto e modulação de capacidade”. A tecnologia é hoje “amplamente utilizada em sistemas AVAC, bombas de calor, refrigeração comercial e unidades condensadoras”.

Em relação aos herméticos alternativos, ela afirma que os scroll “abrangem uma faixa de capacidade mais ampla, incluindo tecnologias de velocidade fixa, dois estágios, velocidade variável e EVI”. Isso não tira o espaço dos alternativos, que “continuam relevantes em muitas aplicações devido à sua flexibilidade e ampla faixa de operação”.

Segundo Ana Carolina, as plataformas de capacidade variável “resultam em ganhos significativos de eficiência anual, com melhorias tanto na eficiência em carga parcial quanto em plena carga”. Ela destaca ainda a eletrônica integrada ao compressor, que “permite que os sistemas respondam com maior precisão às mudanças nas cargas de resfriamento e aquecimento”.

Refrigerantes naturais e A2L

Para o técnico de campo, um dos avanços mais relevantes está na adaptação aos novos fluidos. A Copeland oferece scroll para “CO₂, R-290 e refrigerantes A2L, apoiando assim a transição regulatória e tecnológica do setor”. Entre os lançamentos recentes está o scroll transcrítico de CO₂ com tecnologia DVI (Dynamic Vapour Injection) que, nas palavras da especialista, “além de oferecer eficiência e baixo nível de ruído, elimina a necessidade de utilização de compressores paralelos para atingir índices aprimorados”.

Para R-290, ela cita compressores herméticos e scroll de alta eficiência que possibilitam “simplicidade de aplicação plug-and-play em equipamentos de refrigeração comercial leve”. Para A2L, a empresa oferece scroll compatíveis e as plataformas de unidades condensadoras ZX e ZXL, que apoiam a migração dos refrigerantes tradicionais para alternativas de menor GWP.

Equilíbrio para capacidades intermediárias

Na visão de Charnichart, os chillers a parafuso “costumam ser adequados para aplicações de capacidade intermediária porque oferecem um bom equilíbrio entre eficiência, confiabilidade, flexibilidade e relação custo-benefício”. Ele os indica para quem precisa de “um bom equilíbrio entre investimento inicial, eficiência energética, confiabilidade e flexibilidade operacional”, tanto em projetos novos quanto em retrofit, e em versões com condensação a ar ou a água.

Os avanços recentes vêm de “melhorias no projeto dos rotores, na eficiência da compressão, na tecnologia de acionamento de velocidade variável, em ventiladores com motores eletronicamente comutados, em controles inteligentes e na compatibilidade com refrigerantes de menor impacto ambiental”. O resultado, segundo ele, é desempenho “muito mais eficiente em diferentes condições de carga, ajudando os operadores a reduzir o consumo de energia ao longo de todo o ano, e não apenas nas condições de pico de projeto”.

Charnichart aponta ainda a capacidade de operar com a temperatura da água gelada mais alta do que o tradicional, “chegando a aproximadamente 60 °F (15,6 °C) ou mais em algumas aplicações”. Isso pode melhorar a eficiência global em ambientes industriais e de missão crítica, “incluindo algumas aplicações de data centers”.

Como exemplo de ganho, ele cita o YORK® YVAA com condensação a ar, que usa acionamento de velocidade variável refrigerado a líquido “para proporcionar economia anual de energia de 15% a 25%”.

No segmento industrial e de grande capacidade, Ana Carolina lembra que os parafuso, como o de parafuso único Vilter da Copeland, “são normalmente preferidos para capacidades maiores e aplicações industriais nas quais eficiência e operação contínua são requisitos críticos”.

Escala, carga variável e criticidade dos centrífugios

Os chillers centrífugos são particularmente adequados para aplicações de grande capacidade, nas quais eficiência energética, confiabilidade e desempenho operacional de longo prazo são fatores críticos, mesmo em ambientes em que pequenos ganhos de eficiência podem ter um impacto significativo nos custos operacionais ao longo da vida útil do sistema. Neste sentido, Charnichart cita, a título de exemplo, ambientes hospitalares, aeroportos, universidades, complexos corporativos, instalações industriais e data centers. Esses equipamentos também podem ser integrados a torres de resfriamento e dry coolers, “permitindo que os engenheiros otimizem o desempenho de acordo com as condições climáticas, a disponibilidade de água e os objetivos operacionais”.

Do lado da Copeland, Ana Carolina afirma que os centrífugos oil-free “são especialmente adequados para chillers de média e grande capacidade, nos quais eficiência energética, confiabilidade de operação e desempenho com carga variável têm impacto significativo nos custos operacionais”. Ela destaca dois pontos práticos: a) rápida recuperação, já que a tecnologia possui capacidade de retornar sua operação em alguns segundos, o que é relevante em aplicações críticas como mitigação de risco; b) manutenção independente, pelo fato de o inversor não ser acoplado ao compressor, permitindo manutenções independentes.

“Os chillers centrífugos atuais também se beneficiam de controles sofisticados, monitoramento contínuo e algoritmos avançados de otimização. Quando integradas à automação predial moderna e a estratégias de otimização da central de água gelada, essas tecnologias ajudam os operadores a manter altos níveis de eficiência, ao mesmo tempo em que apoiam o conforto dos ocupantes, a continuidade operacional e o desempenho dos ativos no longo prazo”, enfatiza Charnichart.

De acordo com ele, essas inovações estão gerando resultados mensuráveis em aplicações reais. “Por exemplo, o Children’s of Alabama trabalhou com a Johnson Controls para modernizar sua infraestrutura de climatização, contribuindo para uma redução de aproximadamente US$ 700 mil por ano nos custos de energia. Com a incorporação da otimização habilitada pelo OpenBlue, a economia anual projetada aumentou para quase US$ 870 mil, ao mesmo tempo em que o consumo de gás natural foi reduzido em 69%. O projeto demonstra como tecnologias avançadas de chillers, combinadas com controles inteligentes e otimização da central de água gelada, podem ajudar organizações de saúde a melhorar a eficiência, reduzir despesas operacionais e apoiar uma operação confiável em ambientes críticos.”

Compressores isentos de óleo

Ambos os fabricantes defendem tecnologias sem óleo, com soluções de mancal distintas.

A aposta da Copeland é no Aerolift “que elimina a necessidade de lubrificação do compressor, uma vez que essa tecnologia de compressão cria um filme de fluidos refrigerantes, sem contato mecânico entre componentes críticos. Esse recurso possibilita maior eficiência e confiabilidade do sistema, ao mesmo tempo em que elimina os desafios relacionados ao gerenciamento e ao retorno do óleo”, diz Ana Carolina.

A engenheira explica que quando o compressor começa a girar, forças aerodinâmicas criam uma película de fluido extremamente fina ao redor do eixo. “Essa película sustenta o rotor, mantendo-o centralizado e sem contato mecânico com os mancais. O resultado é uma operação sem atrito”, explica.

“Diferente de outras tecnologias disponíveis no mercado, a oferta da Copeland reduz a necessidade de paradas para manutenção por desgaste de atrito e sistemas de controle complexos ou mancais de apoio redundantes. O resultado é um projeto mecânico simplificado que reduz o desgaste e prolonga a vida útil dos componentes”, defende ela.

“Existem atualmente diversas tecnologias oil free, mas a tecnologia de mancais magnéticos é amplamente reconhecida como uma das soluções mais avançadas para aplicações de AVAC-R de alto desempenho. Ao utilizar levitação eletromagnética para sustentar o eixo do compressor, os mancais magnéticos eliminam o contato mecânico no conjunto de mancais e dispensam os sistemas tradicionais de gerenciamento de óleo”, explica o diretor da Johnson Controls.

Ele explica, ainda, que a Johnson Controls incorpora a tecnologia de mancais magnéticos nos chillers centrífugos YORK® YMC² e YORK® YZ. “Essa abordagem reduz a complexidade, minimiza as necessidades de manutenção e ajuda a manter a eficiência ao longo do ciclo de vida do equipamento. O YORK® YMC² pode alcançar eficiências inferiores a 0,1 kW/TR em carga parcial, enquanto as eficiências típicas do YMC² podem superar em até 40% os requisitos da ASHRAE 90.1. O YORK® YZ, por sua vez, proporciona até 35% de economia anual de energia em comparação com chillers tradicionais de velocidade fixa com mancais lubrificados a óleo, além de utilizar 80% menos peças móveis, ajudando a reduzir a manutenção e melhorar a confiabilidade.”

Esses chillers, segundo ele, são “especialmente eficientes em aplicações com perfis de carga altamente variáveis” e podem “aproveitar temperaturas mais baixas da água de condensação quando as condições do local permitem”. A ausência de contato mecânico e o controle preciso da velocidade também ajudam a reduzir ruído e vibração, “tornando esses chillers adequados para ambientes sensíveis a ruído”.

Olhar para o ciclo de vida

O critério de decisão sobre qual tecnologia especificar é,  na opinião dos dois especialistas, o custo total de propriedade. Ana Carolina recomenda que os operadores considerem “não apenas o investimento inicial, mas também […] consumo de energia, disponibilidade do equipamento, requisitos de manutenção, vida útil e adequação do sistema a uma aplicação específica”. Mesmo ao defender o oil-free, ela ressalva que a escolha entre essa solução e uma tecnologia convencional “deve sempre ser baseada nos custos de ciclo de vida completo do equipamento e nas características específicas da instalação”.

Charnichart reforça: embora chillers de alta eficiência “muitas vezes apresentem períodos de retorno do investimento de apenas alguns anos, a maior oportunidade está na avaliação do valor ao longo de todo o ciclo de vida”. Como os chillers “normalmente operam por 20 anos ou mais, o consumo de energia, as necessidades de manutenção, a disponibilidade e a resiliência operacional têm um impacto muito maior sobre o custo total do que o investimento inicial”. Ele lembra que, em grandes instalações, a climatização pode representar “de 30% a 50% do consumo total de eletricidade”.

Para retrofit, ele observa que quem substitui centrífugos antigos por mancais magnéticos pode “alcançar até 35% de economia anual de energia, além de eliminar sistemas de gerenciamento de óleo que aumentam a complexidade da manutenção”.

Otimização da central de água gelada

Os dois especialistas indicam que o ganho não termina no compressor. Charnichart afirma que “para muitas organizações, a maior oportunidade está em otimizar todo o ecossistema de climatização”. Ao integrar os chillers à automação predial e a soluções digitais, os clientes obtêm “visibilidade em tempo real do desempenho” e podem “identificar ineficiências mais cedo e tomar decisões baseadas em dados”. O foco, diz ele, é maximizar o desempenho “de toda a central de água gelada, e não apenas do chiller”.

Ana Carolina resume a estratégia da Copeland como um “portfólio diversificado de tecnologias, no qual a seleção do compressor é orientada pelos requisitos da aplicação, pelas condições operacionais e pela escolha do refrigerante”, com o objetivo de otimizar “não apenas a eficiência do equipamento, mas também o desempenho geral durante todo o ciclo de vida do sistema”.

 

 

 

 

 

 

 

O que levar para o projeto

1. Defina o perfil de carga antes do equipamento. Como a maior parte da operação ocorre em carga parcial, IPLV/eficiência sazonal costuma pesar mais do que o ponto de projeto.
2. Compare o custo do ciclo de vida. Energia, manutenção, disponibilidade e vida útil superam o preço de compra em equipamentos que operam 20 anos ou mais.
3. Considere o refrigerante desde o início. Compatibilidade com A2L, R-290 e CO₂ está entrando nas especificações.
4. Avalie o oil-free onde a criticidade e a carga variável justificam. Nesses casos, a redução de complexidade de manutenção entra na conta.
5. Pense na central como sistema. Controles, monitoramento e otimização são partes da solução, não acessórios.

 

Tecnologia	Melhor aplicação	Custo-benefício
Scroll (fixo, dois estágios, velocidade variável, EVI)	AVAC, bombas de calor, refrigeração comercial, unidades condensadoras	Eficiência, baixa vibração, simplicidade, modulação, compatibilidade com CO₂, R-290 e A2L
Parafuso (chillers)	Capacidade intermediária comercial, institucional e industrial; projetos novos e retrofit	Equilíbrio entre investimento inicial, eficiência e flexibilidade; bom desempenho em carga parcial
Parafuso (industrial)	Grandes capacidades e operação contínua	Eficiência em regime contínuo
Centrífugo	Grande capacidade: hospitais, aeroportos, universidades, indústrias, data centers	Pequenos ganhos de eficiência viram grande economia ao longo da vida útil
Centrífugo oil-free (filme de fluido ou mancal magnético)	Missão crítica, cargas muito variáveis, ambientes sensíveis a ruído	Menos complexidade de óleo, menos manutenção, alta eficiência em carga parcial