Épocas de acentuada crise econômica, como a que se anuncia para o próximo período, clamam por decisões racionais quanto à operação de sistemas prediais. A racionalidade, quando os recursos disponíveis são escassos, conduz ao máximo aproveitamento da infraestrutura existente, readequando-a e modernizando-a com tecnologias mais atuais e eficientes do ponto de vista energético e da manutenção dos equipamentos existentes.

Tais decisões podem contemplar um processo de retrofit ou, em determinados casos, a uma substituição de alguns equipamentos, o chamado replacement. O momento para a tomada de decisão sobre a melhor alternativa depende de vários fatores.

“Em uma instalação de água gelada pode aparecer a oportunidade para retrofit, que trata da modernização de alguns componentes da instalação, como chave de partida de velocidade fixa para variável, painel de eletromecânico para microprocessado, bombas com velocidade variável etc., ou o replacement, que conduz para a troca dos equipamentos, como chillers, AHU, fancoils, bombas, automação etc. O momento da vida útil para se abrir uma oportunidade seja de retrofit ou replacement vai depender das condições de manutenção e do ambiente da instalação do cliente. Para retrofit, esta oportunidade pode acontecer a partir da metade da vida útil, por volta de 10 anos, e para replacement, se trabalha mais no final da vida útil do sistema, por volta de 20 a 25 anos”, explica João Carlos Antoniolli, gerente de engenharia de aplicação da Johnson Controls Hitachi.

O professor doutor da Escola Politécnica da USP e membro do conselho editorial da revista Abrava + Climatização & Refrigeração, Alberto Hernandez Neto, acrescenta que “o retrofit deve ser feito em função da queda significativa do desempenho energético, aliado aos custos de manutenção e operação. Muitas vezes o sistema está operando adequadamente do ponto de vista energético, mas o custo de manutenção (principalmente peças e acessórios) pode tornar inviável mantê-lo em funcionamento.”

Mas, também, os processos de retrofit ou replacement podem ser determinados por exigências ambientais, como na troca de máquinas com fluido refrigerante em phase-out ou até o drop-in de fluido, que é a troca de um existente por um alternativo que mantenha as mesmas características técnicas, sem agredir o meio ambiente ou a segurança dos operadores.

Hernandez Neto entende que “compressores e ventiladores e seus respectivos motores são os componentes que usualmente devem ser substituídos. O mesmo pode se aplicar às bombas e seus motores, porém, o retrofit destes componentes pode ser mais frequente. As serpentinas devem ser substituídas se atingiram condições de deterioração além do limite de recuperação. Raciocínio semelhante pode ser feito para o sistema de distribuição de ar e de água gelada.”

Diferenciando os dois conceitos, Antoniolli diz que em retrofit normalmente se trocam painéis microprocessados e de partida de motor e automação. Em replacement, se trocam chillers, AHU, fancoletes, torres de arrefecimento, se for condensação a água, bombas e automação. “A substituição vai depender da avalição técnica profissional da instalação. Em algumas vezes se fará necessária a realização de medições, antes de chegar na decisão.”

Cristiano Brasil, da engenharia de aplicação da Midea Carrier, argumenta que a decisão pela modernização de uma central de água gelada pode ser avaliada em razão da deterioração prematura de equipamentos, necessidade de ampliação de capacidade instalada, adoção de novas tecnologias ou a combinação de um ou mais destes fatores. “Eu gosto muito de discutir com clientes a tabela Ashrae Equipment Life Expectancy, que mesmo não atualizada com informações das tecnologias mais recentes, é uma boa referência para mostrar a estimativa de ciclo de vida de chillers, bombas etc. e, o mais importante, não se deveria abordar o retrofit pensando somente em um equipamento em específico e, sim, analisando o sistema como um todo.”

Segundo Brasil, o mais importante é a eficiência energética de toda a instalação. “Pensando somente na central de água gelada, eficiência não está somente na tecnologia de equipamentos, bombas ou torres de resfriamento. Eficiência está no controle adequado de operação, balanceamento de vazão de água, tomada de decisão sobre setpoint de operação em relação a ocupação, entre outras variáveis.”

O engenheiro da Midea Carrier aponta os resfriadores de líquido (chillers) como os que mais consomem energia numa central de água gelada e, portanto, os principais candidatos a serem substituídos em um caso de retrofit por eficiência energética. “Porém, os periféricos não podem ser desconsiderados na análise. Será que o chiller está consumindo mais energia do que deveria porquê não está em operação com as vazões corretas de água? Será que a temperatura de água de condensação está entrando acima do que deveria em razão de a torre de resfriamento está deficiente? No caso de um chiller com condensação a ar, será que não está instalado de forma enclausurada que dificulta a circulação de ar? Enfim, se o sistema não for analisado como um todo, o cliente pode tomar uma decisão de substituição de equipamento buscando um resultado que poderá não se concretizar totalmente no futuro.”

Rafael Dutra, executivo de vendas da Trane, enxerga duas oportunidades “interessantes” para executar um retrofit de equipamentos. “A primeiro e mais comum é quando se nota que os equipamentos e periféricos encontram-se próximo do fim da vida útil, gerando gastos de manutenção excessivos, interrupções com frequência ou dificuldades na operação. A segunda forma, e a mais interessante, é verificar periodicamente se as soluções mais modernas presentes no mercado não trarão um benefício de economia na operação que subsidie parte, ou até mesmo integralmente, dos custos para retrofit da instalação. Com o avanço da tecnologia de controles, trocadores de calor, compressores, motores e bombas, existe uma grande chance de atualizar toda a planta e obter grandes economias.”

“No momento em que os custos operacionais, tanto de insumos como energia elétrica e água, como de manutenção, estiverem acima do esperado; quando houver dificuldade para encontrar peças de reposição para os equipamentos ou dispositivos da instalação; quando o gás refrigerante utilizado estiver em processo de descontinuidade; ou, quando o avanço tecnológico dos equipamentos mais atuais permitir uma redução significativa nos custos operacionais” o retrofit é recomendável, de acordo com Marcos Santamaria Alves Corrêa, da Indústrias Tosi.

Eduardo Luis de Souza, da Dunham-Bush do Brasil, também relaciona a oportunidade para uma intervenção na instalação “quando os custos de manutenção se elevam, seguidos por alto consumo energético (kW/TR), final de vida útil (equipamentos com gás refrigerante em phase out) ou equipamentos que sofrem ataques por funcionamento em ambientes agressivos, como corrosão por vapor de produtos químicos ou ação da maresia, por exemplo. Há casos, também, em que o sistema de água gelada passou por alterações que inviabilizam a utilização do equipamento diante do atual layout da instalação.”

Algumas outras determinantes são destacadas pelo representante da Dunham-Bush. Dentre elas, economia com água no sistema de condensação, aumento de capacidade, redução no custo de manutenção e operação, bem como reaproveitamento de energia com uso de desuperaquecedores ou opções de free cooling. “As principais determinantes sempre estarão relacionadas à eficiência energética, atendimento das condições de projeto, diminuição de prazos para obtenção de sobressalentes, aumento da confiabilidade, redução de espaço físico consumido, além de menor impacto ao meio ambiente, como redução de ruído e uso de gases ecológicos, sendo a automação uma das mais importantes determinantes para economia do sistema.”

Quando substituir equipamentos e componentes

O processo de modernização ou readequação do sistema de água gelada pode pedir a troca ou reforma de equipamentos. “As torres de resfriamento ou arrefecimento são itens fundamentais para melhorar o desempenho do sistema no consumo de energia. Existem máquinas modernas, como é o caso dos chillers magnéticos, que, pelo fato de não ter óleo, liberam a torre para buscar o melhor desempenho possível ao longo de todo o ano. Existem também oportunidades para reformar as torres, assim como a troca por modelos mais eficientes, porque o retorno sobre o investimento é muito rápido. Normalmente se troca o enchimento e ventiladores por modelos mais eficientes”, diz Antoniolli.

Santamaria diz que os principais equipamentos e componentes usualmente substituídos em um processo de modernização são os chillers, as bombas, painéis elétricos e sistemas de automação, fancoils e serpentinas. Entretanto, ele recomenda que o ideal “seria fazer inicialmente um processo de retrocomissionamento para verificar com precisão como estes equipamentos e componentes estão operando após anos da instalação inicial, e poder quantificar com precisão a eficiência energética atual da instalação para podermos avaliar corretamente qual será o retorno sobre o investimento do retrofit da instalação ou de apenas parte de seus componentes.”

“Todo retrofit deve ser planejado minuciosamente, utilizando um bom escritório de projetos especializado em sistemas de ar-condicionado e refrigeração; é de vital importância para obter as vantagens pretendidas, que em estudo preliminar da viabilidade sejam coletados todos os pontos críticos que possam definir se será efetuado o retrofit do sistema como um todo ou se apenas serão implementadas ações pontuais em equipamentos. Em evidência, sempre teremos os chillers como prioridade que, além da eficiência energética apresentada no funcionamento, deve-se considerar outros aspectos para direcionar à substituição do equipamento ou upgrade do chiller. Os componentes que geralmente são substituídos em retrofit de chiller são: painel de controle e sensores periféricos (temperatura e pressão), substituição do painel de partida com contatoras por soft start, retubagem de condensador e evaporador (condensação a água) e substituição do gás refrigerante por blend específico. Os climatizadores de ambiente (fan coils) também podem ser substituídos, ou os componentes, como chave de partida com contatoras, substituídas por variadores de frequência e instalação de válvulas que permitam um melhor controle de vazão de água; além de substituição do isolamento térmico do gabinete”, recomenda Souza, da Dunham-Bush.

Outra intervenção importante pode se dar no bombeamento, com a substituição do sistema de primário-secundário por primário variável, com oportunidade de redução no consumo de energia e, muitas vezes, a troca de bombas com velocidade fixa por variável. “A ação da troca pode ser por consumo de energia, configuração ou vida útil. Sempre existe uma grande oportunidade para reduzir o consumo de energia no bombeamento de água gelada ou de condensação”, explica Antoniolli.

Souza diz que “tornou-se comum encontrar instalações com a síndrome do baixo DT, que é a deficiência de vazão de água adequada ao sistema, na maioria dos casos, deficiência de altura manométrica das bombas. Atualmente o retrofit do sistema de bombeamento é primordial para alcançar melhor performance do sistema com utilização de bombas in line, que oferecem menor espaço físico na instalação, balanceamento automático da vazão, como também para garantir capacidade adicional para futuras alterações no sistema. As bombas convencionais de velocidade fixa tendem a apresentar eficiência energética somente em carga total. O retrofit do sistema de bombeamento, utilizando bombas de velocidade variável, permite redução no consumo de energia elétrica, por apresentarem menor consumo em cargas parciais, condição em que o sistema funciona a maior parte do tempo.”

Outro componente do sistema que merece atenção constante, não apenas em um processo de modernização, são as unidades de tratamento do ar. “Em unidades de tratamento de ar (fan coils), como o próprio nome diz, os principais componentes são o fan (ventilador) e o coil (serpentina); desta forma, devemos avaliar o funcionamento destes dois componentes. Se a serpentina ainda continua fazendo a troca térmica entre o ar e a água, conforme previsto em projeto, e se uma configuração mais atual em termos de diâmetro dos tubos, como número de rows (filas), número de aletas por metro e número de circuitos, pode aumentar esta troca térmica. No caso dos ventiladores, existe um ganho significativo na substituição de ventiladores com polia e correias por ventiladores plug fan de acoplamento direto, tanto em termos de consumo de energia como em termos de manutenção. Equipamentos de ar-condicionado de precisão para data centers atualmente só utilizam este tipo de ventiladores”, lembra Santamaria.

Dutra, da Trane, chama a atenção para três aspectos a serem avaliados em caso de fancoils de gabinete metálico: se o gabinete ainda mantém a rigidez para comportar os componentes internos, se as aletas da serpentina não estão excessivamente sujas, amassadas e com reparos de solda e, por fim, a situação do conjunto moto-ventilador. “Para unidades muito antigas, a substituição destes componentes pelo componente original de fábrica já não é mais possível, restando a opção de utilizar componentes disponíveis no mercado, com algum risco em termos de garantia de performance; ou a troca do conjunto completo por equipamentos modernos e de preferência que possuam tecnologias de maior eficiência energética.”

Logística da operação

Se a operação, substituição de equipamentos ou modernização dos existentes, ocorre em edificações que não podem ter as atividades paralisadas, o que acontece na maioria das vezes, ao menos parcialmente, a logística é importante. “Para instalações já existentes, um bom planejamento é fundamental. Muitas vezes a instalação possui válvulas de bloqueio antigas que não vedam mais a passagem de água, por exemplo. Nestes casos, estratégias de congelamento de linhas podem ser necessárias. Outra situação comum é a instalação de chillers temporários para trabalharem em paralelo aos outros equipamentos, quando um processo de substituição está em andamento”, explica Brasil, da Midea Carrier.

Sem dúvida, o planejamento dependerá do cenário de cada instalação. As que possuem capacidade de geração e distribuição de água gelada suficiente para a operação durante o tempo do retrofit, podem realizar essa operação em etapas sem parar a instalação. “Claro que questões como espaço físico para movimentação de materiais pode ser um grande desafio para algumas plantas e isto deve ser analisado. Uma solução interessante do lado da água gelada é o aluguel de equipamentos pelo período do retrofit, de forma que estes equipamentos sejam acoplados à linha existente permitindo a troca de chillers, bombas, válvulas etc. Desafio maior pode ser a substituição de fancoils pois, com raras exceções, apenas um fancoil beneficia um conjunto de ambientes. Neste caso, dependendo da criticidade do ambiente, equipamentos de expansão direta podem ser considerados como uma solução temporária de acordo com a duração do serviço de troca dos fancoils”, entende Dutra.

Segundo Santamaria, já existem no mercado chillers modulares, tanto de condensação a ar como de condensação a água, que podem viabilizar tanto a logística como economicamente o retrofit em instalações que funcionam no regime de 24 horas por dia e sete dias por semana, como data centers, hotéis, hospitais, entre outros. “Um exemplo clássico neste sentido foi o retrofit do Empire State Building, nos Estados Unidos, em que foram utilizados chillers modulares fabricados pela empresa Multistack, representada aqui no Brasil pelas Indústrias Tosi.”

“O objetivo de um retrofit é estender a vida útil do edifício e suas instalações; por isso devem ser observadas técnicas que possam promover a modernização e readequação do sistema, sem que haja a necessidade de alterar o que existe de boa qualidade ainda em funcionamento no sistema. O retrofit de equipamentos ou sistemas deve apresentar eficiência, confiabilidade, menor impacto ambiental e proporcionar maior conforto aos ocupantes do edifício, ou aumento da produção industrial, com redução de custos operacionais. Duas vantagens não são semelhantes. Duas soluções em refrigeração não terão o mesmo resultado”, conclui o representante da Dunham-Bush.

Ronaldo Almeida
ronaldo@nteditorial.com.br