Faça seu próprio Chiller para Reef (DIY)

Os preços de chiller para aquários marinho (Reef) no mercado brasileiro são bastante abusivos, por esta razão resolvi fazer meu próprio projeto usando como referência os chillers disponíveis no mercado. Além disso, os chillers com motor de 1/4 HP disponíveis não cabiam ou não poderiam ficar dentro do meu móvel. A intenção desta publicação é relatar sobre este projeto DIY (faça você mesmo) e dar detalhes da sua montagem para qualquer pessoa fazer em casa. É claro que a reprodução desse projeto é por sua conta e risco, não cabendo a mim qualquer responsabilidade.

Antes de montar o chiller descrito neste artigo, o qual chamaremos de versão 2.0 (v2.0), conheci um lojista de aquários marinhos, que também trabalha com ar-condicionados e fabrica chillers com valores bastante reduzidos. Após muitas conversas e mediante promessas de garantia e devolução, comprei o chiller, que chamo de versão 1.0 (v1.0). Sortudo eu né!? Nem um pouco... Após meses de dor de cabeça e realizar todo tipo de testes possível, entendi que, de fato, o problema era com o projeto do chiller e optei pela devolução. Resumindo... o produto não funcionou e não tive a devolução prometida. Detalhe, comprei um chiller de 1/3 e foi entregue um de 1/4, que apenas descobri futuramente. :/

Meu pai, que também é engenheiro, me ajudou com o projeto e principalmente com a execução, já que ele estava de férias 😎 . Consideramos diversas formas de fazê-lo, mas pensando principalmente na relação custo/benefício para montagem e manutenção (considerando consumo de energia), o espaço ocupado e portabilidade, chegamos a conclusão que este projeto me atenderia melhor. Após planejarmos o projeto, buscamos na internet algumas informações mais detalhadas para executá-lo. Foi quando nos deparamos com uma publicação de 2009, de Sandry Seibert, em um fórum de aquarismo. Seu projeto era basicamente igual ao nosso, o que nos deixou felizes, percebendo que estavamos no caminho certo. No entanto, ele utilizou o trocador de calor (evaporador) na base do chiller, isolado em uma caixa térmica, o que achamos bastante interessante e aproveitamos a ideia. Deixo aqui o agradecimento ao autor e o link do projeto. Recomendo que o veja, pois há detalhes interessantes.

A primeira impressão ao pensar em montar um chiller para aquário marinho, é que o projeto é complexo e de difícil implementação. Na verdade, é bastante simples e não exige muito tempo ou conhecimento, desde que terceirize parte da montagem. O autor do projeto ao qual citei anteriormente realizou todas etapas ele mesmo, incluindo a parte de refrigeração. Na minha opinião, não é necessário, já que não tenho os equipamentos, nem o conhecimento técnico necessário sobre refrigeração. Logo, optei por contratar um bom técnico em ar condicionado para realizar a etapa de refrigeração.

Vamos ao que interessa… falarei da montagem em duas etapas:  (i) Montagem do trocador de calor e; (ii) montagem da unidade condensadora. No final, uma breve conclusão. 

O chiller v1.0 (projeto lojista) tinha o trocador de calor com tubos de PVC, em formato de U e localizado próximo ao compressor (motor). Essa foi a principal alteração realizada. Refizemos o trocador de calor e mudamos sua posição. Não recomendo utilizar os tubos de PVC, já que a eficiência desse chiller era péssima. Acredito que devido a baixa condutividade térmica do plástico e pela espessura do tubo de PVC. Talvez para cidades menos quentes, posicionando o trocador de calor em outro local ou caso mantenha o chiller funcionando em ambiente externo, pode ser que funcione. Ainda assim, não recomendo! Comento sobre essa experiência na conclusão, inclusive mostrando um comparativo entre as duas versões.

•  MONTAGEM DO TROCADOR DE CALOR (EVAPORADOR)

Encontramos algumas alternativas ao PVC, com preços mais acessíveis. Porém, como há certas dúvidas e controvérsias a respeito, optamos pelo bom e famoso Titânio. Apesar de ser um pouco mais caro, ele não sofre corrosão e nem prejudica a biota do Reef quando em contato com a água salgada.  

Ao contrário do chiller v1.0, nossa ideia era fazer o trocador de calor em formato de W, pensando em ganhar maior área de troca térmica. No entanto, ainda estavamos pensando como seria a melhor forma de isolá-lo. Como o projeto do Sandry era bastante semelhante ao nosso e tinha uma proposta interessante a respeito do evaporador, optamos por aproveitar a ideia. O evaporador foi colocado abaixo da unidade condensadora, na horizontal, isolado em uma caixa que também serve de suporte para o chiller. Vantagens:

• Na horizontal não há coluna d’água adicional, assim não prejudica a eficiência da bomba d’água;
• Como o ar quente tende a subir, estar abaixo da unidade condensadora já se torna um isolamento natural;
• Por estar dentro de uma caixa protegida com isolante térmico a perda de calor é menor, tornando o sistema mais eficiente
• Não fica próximo ao compressor, ganhando espaço e eficiência, pois o compressor poderia aquecer o evaporador.

O Material utilizado para o trocador de calor (evaporador) foi:

• Evaporador (Formato W);
  • 4 tubos de titânio:  Diametro externo 3/4" x Parede 0,89 x 30 cm
  • 8 joelhos de PVC roscável (20mm)
  • 3 niples roscável (20mm)
  • ~15 metros de tubo de cobre de 1/4"
  • Cola Epoxi (Araldite)
  • Fita veda Rosca
• Entrada/Saída de água do evaporador.
  • 2 tubos de PVS (~35 cm)
  • 2 Adaptadores roscável/soldável (20mm para 25mm)
  • 2 Adaptadores solável/Roscável (25mm)

Procedimento para montagem do Evaporador:

1. Comecamos lixando o interior dos joelhos roscáveis, pois a espessura dos tubos de titânio é ligeiramente maior que a parte interna do joelho de PVC. O que foi bom, pois ficou justo a conexão. Utilizamos para lixar um rebolo (ponta montada) de furadeira. Para colar o tubo de titânio ao joelho, foi utilizado cola epoxy (araldite).

Obs: Uma dica para colar os joelhos corretamente ao tubos de titânio, evitando que fiquem fora de posição, é utilizar uma espécie de molde ou suporte. Nós não utilizamos, pode perceber na Imagem 2 que uma das conexões ficou levemente fora de posição, portanto um dos tubos de saída/entrada de água ficou inclinado. 

2. Para enrolar o tubo de cobre aos tubos de titânio, faça com calma, mantendo o tubo de cobre o mais próximo possível do tubo de titânio e tome cuidado para não dobrar o fio de cobre. Quanto mais próximo enrolar cada volta, ou seja, quanto maior o número de voltas, maior será a área de contato entre ambos os tubos, consequentemente a eficiência de refrigeração será maior. 

Para facilitar a montagem, optamos por enrolar individualmente o fio de cobre em cada pedaço de titânio. Ou seja, cortamos o tubo de cobre ao terminar de enrolar cada peça de titânio, pois dessa forma facilita enrolar o tubo seguinte. Isso torna o procedimento mais rápido e simples, porém aumenta a chance de problemas com a soldagem. Como um técnico fez toda soldagem para nós, não consideramos um problema. O Projeto do sandry explica como ele enrolou com um fio de cobre contínuo (vale a pena dar uma olhada). 

3. Com o fio de cobre enrolado em todos os tubos de titânio, utilize os niples roscável para conectar os joelhos de 90°, terminando a estrutura do evaporador em formato de W. Utilize o veda rosca para evitar vazamentos. Note na Imagem 2 que os fios de cobre entre as peças de titânio ainda não foram soldados. 

4. Com o evaporador montado, faça um teste com circulação de água por alguns minutos para ter certeza que não há vazamentos antes de soldar os tubos de cobre das peças de titânio. Utilize um balde com uma bomba qualquer para manter a circulação de água.

Obs: Os chillers de mercado tem uma indicação do fluxo de água recomendado. Salvo engano, o Gelaqua de 1/3 HP recomenda uma bomba de 2.000 L/h.

5. Já que deu tudo certo até aqui, basta soltar as pontas dos fio de sobre de cada peça de titânio, tornando um fio continuo novamente. O evaporador não está pronto, ainda temos que colocá-lo dentro da caixa de madeira e finalizar a montagem. No entanto, vamos deixar essa etapa para depois. Primeiro, seguimos com a unidade condensadora...

• MONTAGEM DA UNIDADE CONDENSADORA

Optar por contratar um técnico em refrigeração foi uma ótima decisão, já que ele tem o conhecimento necessário para instalação e soldagem de todos componentes, além de equipamentos adequados. Dessa forma eliminamos algumas preocupações e ganhamos tempo e qualidade no resultado final. Chamo de unidade condensadora o conjunto de compressor (Motor), micro-ventilador (exaustor) e condensador. Esse kit já montado pode ser comprado em lojas de refrigeração. O modelo que utilizo se chama Unidade Condensadora Compacto e pode ser encontrado no site da Elgin.

É claro que deixar tudo por conta de um desconhecido pode ser problema. Portanto, recomendo que estude um pouco sobre como funciona pelo menos o ciclo básico de refrigeração, pois terá argumentos para debater sobre o projeto com o seu técnico e tomarem as melhores decições. Além disso, entender o ciclo de refrigeração é muito importante para que possa planejar o design do chiller de acordo com suas condições e local de instalação. 

Resumidamente, o ciclo de refrigeração tem 4 elementos: (i) compressor; (ii) condensador; (iii) expansor; e (iv) evaporador. O condensador é responsável por receber o vapor quente e refrigerá-lo. Uma vez refrigerado, irá passar pelo evaporador feito com os tubos de titânio, resfriando a água. Sendo assim, é importante que pense na disposição do condensador ao fazer seu projeto, considerando que tenha um fluxo de ar fresco nele para evitar que o ar quente fique "represado" no local do chiller. Neste link, há um vídeo interessante sobre ciclo de refrigeração, os primeiros 2 minutos lhe dará uma boa noção sobre o assunto.

Voltando ao projeto, meu chiller teria de ficar dentro do móvel (o que não é recomendado) e num espaço bastante reduzido (45 x 35 cm). Além disso, meu móvel não possui uma estrutura robusta, sendo que as madeiras laterais que formam o compartimento onde o chiller ficará são responsáveis pela sustentação do móvel/aquário. Logo, furar a lateral para permitir uma passagem de ar seria arriscado. 

O Material utilizado para a Unidade Condensadora foi:

• Unidade Condensadora;
  • Compressor
  • Condensador
  • Micro-Ventilador
  • Filtro
  • Capilar
  • Evaporador (feita na seção acima)
  • Fluído (para o compressor);
  • 2 Parafusos longos com arroelas
• Caixa isolante (nova base do chiller);
  • 6 partes de Madeira (4x latetais, 1x fundo e 1x tampa)
  • Isopor e/ou Espuma de Poliuretano
  • Parafusos de ponta fina

Procedimento para montagem da Unidade Condensadora (+ evaporador):

1. Optei por reutilizar a unidade condensadora compacto do chiller antigo (v1.0) que era nova. Como vimos antes, essa unidade já vem com os principais elementos: compressor, micro-ventilador (exaustor) e condensador. Além disso, já vem numa base de metal que facilita a montagem (suporte preto que sustenta a unidade condensadora). Bastou fazer as alterações de design de acordo com minha necessidade e o técnico de refrigeração fazer as ligações necessárias. 

Obs: Tenha certeza antes de contratar o técnico que ele realmente conhece do assunto, lembre o caso que contei logo no início, se ficar em dúvida, arrume outro... 😛 .

2. Devido ao espaço limitado do meu móvel, minha solução de design foi aproximar o máximo possível o condensador, exaustor e compressor, conforme Imagem 4. Para isso, fizemos novos furos no suporte de metal da unidade condensadora para refixá-los mais próximos uns aos outros. Então, serramos um pequeno pedaço da parte de trás da base para conseguir a medida necessária. Na verdade, olhando a imagem 4 fica difícil perceber essa mudança, mas se prestar atenção, verá que o microventilador está ligeiramente para dentro do condensador e o compressor está bem próximo do micro-ventilador. Muito provavelmente vc não precisará fazer isso, talvez nem seja indicado, mas eu não tinha outra opção.

Essa alteração do design possibilitou manter a entrada de ar do condensador de frente para a porta do móvel, permitindo um fluxo de entrada/saída de ar no compartimento onde fica o chiller. Isso foi possível, pois fizemos um recorte na porta e no fundo do móvel do tamanho do condensador para criar uma espécie de duto de ar, evitando criar um bolsão de ar quente ali dentro, como pode ser visto na Imagem 3. Essa circulação de ar é muito importante para o sistema, afetando diretamente a eficiência do chiller.  Segue o link do vídeo que compara a eficiência de um mesmo chilller (de 1/3+ HP) em deferentes ambientes. 

3. Com as alterações de design feitas (ou não, caso não seja necessário), poderá fixar a unidade condensadora na tampa da caixa isolante (onde ficará o evaporador) que servirá como a base do chiller. Para fixá-la na tampa de madeira, fizemos um furo de cada lado na base de metal da unidade condensadora e na tampa. Em seguida, bastou fixar os 2 parafusos. Outra opção é remover do suporte e fixar tudo na tampa, mas acho que o esforço não vale a pena.

4. Na Imagem 4 notará que foi feito duas marcas a lápis na tampa. Essas marcações são para os furos por onde passam os tubos de PVC de entrada e saída de água do chiller, que são ligados no evaporador que montamos. Não tem segredo, basta verificar a distância entre os joelhos de 90° que servirão para conectar os tubos de PVC e fazer as marcações na mesma distância na tampa de madeira. Antes de fazer os furos, confirme se a posição que o evaporador vai ficar dentro da caixa realmente está correta. As Imagens 4 e 5 deixam isso muito claro.

5. Na imagem 5 é possível ver um terceiro furo, este furo é necessário para a ligação do sistema de refrigeração entre o evaporador que ficará isolado dentro da caixa de madeira e o compressor/condensador. Isso significa que as duas pontas pontas do tubo de cobre do evaporador passam neste furo. Uma das extremidades do fio de cobre é conectada ao capilar. A outra extremidade do fio de cobre é o retorno do fluído, que sai do evaporador e vai para o compressor. A sequência por onde o fluído irá passar é: Compressor, condensador, filtro, capilar, evaporador, retornando ao compressor.

6. Antes de finalizar a montagem do chiller colocando o evaporador dentro da caixa, fazer o isolamento e fechar a tampa, é importante que faça os testes de todo o conjunto em funcionamento, pois é possível detectar qualquer problema e corrigir. Lembrando que esse teste deve ser feito com circulação de água, como vimos no item 2 da etapa de montagem do evaporador (Imagem 2). Porém dessa vez, deve simular o funcionamento real do chiller, inclusive com o sistema de refrigeração funcionando. Dessa forma, poderá fazer a calibragem do compressor com a quantidade correta de fluído. 

7. Utilizei o fluído indicado pelo fabricante, o mesmo recomendado pelo meu técnico de refrigeração. Para calibrar a quantidade correta fizemos da seguinte forma: com o chiller funcionando, notará que a serpentina feita com o tubo de cobre do evaporador começa a resfriar, ficando branca pelo gelo. Então, o técnico fez os ajustes até que o tubo de cobre do evaporador estivesse todo "congelado" e não apenas uma parte. Bem, pelo menos foi assim que fizemos e deu super certo. Não foi preciso fazer nenhum ajuste após ligar o chiller em meu aquário.

Obs: Essa informação deve ser confirmada junto ao seu técnico, mas me parece que não deve retornar fluído no estado liquído para o compressor.

8. Neste momento, o sistema já foi testado, calibrado e está pronto para ser finalizado. Sendo assim, basta posicionar o evaporador na posição correta dentro da caixa e fazer o isolamento interno. Para isolar o evaporador dentro da caixa, utilizamos placas de isopor nas paredes da caixa, na parte interna. É uma opção bastante barata e eficiente. Outra opção é utilizar espuma de poliuretano. Em meu caso, também utilizei um pouco de espuma poliuretano para vedar os buracos feitos na tampa da base de madeira, mas acredito que apenas o isopor ou apenas a epuma seja suficiente. Pronto, agora que está tudo no lugar, utilize parafusos de ponta fina (aqueles que marcineiros usam para parafusar móveis) para parafusar a tampa e seja feliz! 😀

CONCLUSÃO:

Algumas partes da execução (montagem) do projeto acabei não detalhando, pois não achei necessário. Como por exemplo, a montagem da caixa onde fica o evaporador. É apenas uma caixa de madeira, não tem segredo algum. Durante a construção do chiller você saberá o que fazer. Além disso, terá um profissional com você se precisar de dica ou ajuda.

Recorrendo ao bom e velho ditado, "não adianta ter um canhão para matar uma mosca", esse projeto me atendeu muito bem devido aos meus objetivos. Isso não significa que é o melhor para você! Meus principais objetivos eram: (i) boa relação custo/benefício; (ii) chilller pequeno, pela falta de espaço no apartamento (e móvel); (iii) portabilidade, pois no caso de qualquer mudança ou problema, fica fácil transportar; (iv) sem serpentinas dentro do sump, pois meu sump é pequeno, além disso, prefiro um sump mais clean; e (v) evitar um grande aumento de energia. A questão de consumo de energia é bastante questionável, incluindo diversas variáveis. Como não sou especialista, não vou entrar no mérito da questão. De qualquer forma, busquei colocar um compressor nem pequeno, nem grande (1/4 HP) para o volume do meu aquário (200 L), usando como referência as especificações de alguns chillers do mercado e a opnião de aquaristas mais experientes. Acredito que a eficiência alcançada foi bastante satisfatória considerando meus objetivos.

Acima disponibilizei o link para o vídeo da Help Reef comparando o local de instalação de um mesmo chilller. Conforme demonstrado no vídeo, em um aquário de 800 L, com um chiller de 1/3+ HP, em área externa (ventilada), levou 37 min para reduzir 0,5° e 97 min (uma hora e trinta e sete minutos) quando dentro do móvel. É uma diferença considerável de eficiência apenas por oferecer as condições ideais de ambiente! Outra conclusão que tirei dessa experiência é que o fluxo de água da bomba também pode interferir no resultado, como constatado também nesse mesmo vídeo.

Comparação entre Chiller V1.0 e V2.0.

Chiller V1.0 (projeto lojista)	Chiller V2.0 (projeto artigo)
~90cm (total) de tubos no trocador de calor	~120cm (total) de tubos no trocador de calor
Trocador de calor com tubos de PVC	Trocador de calor com tubos de TITÂNIO
Espessura do tubo de PVC 1,7 mm	Espessura do tubo titânio 0,89 mm
Disposição dos elementos do chiller o obrigava ser posicionado dentro do móvel com um fluxo de ar inefeciente para a condensadora.	Disposição dos elementos do chiller projetado para ter um melhor fluxo de ar passando pela condensadora dentro do móvel, o tornando mais eficiente.

Item Aquário	Descrição
Volume Total	~230 L (com Sump)
Volume liquído	~200 L (descontando rochas)
Micro-ventilador	Sim, modelo similar da unidade condensadora desse projeto. Fica a aprox. 20 cm acima da flor d'agua no Sump e atualmente serve como backup caso aconteça algum problema com o chiller.
Bomba	4.000 L/H para todo o aquário, incluindo o chiller. Quase 2 metros de coluna d'agua com o chilller a 1 metro de distância da bomba, logo a vazão de água passando pelo chiller não é alta. Futuramente irei isolar o chiller do recalque com uma bomba independente.
Luminária	162W de Lâmpadas T5. Aquecem bastantea água, acredito que substituindo por LED o chiller passaria a ligar menos vezes ao dia.

Com o chiller v1.0 (tubos de PVC) dentro do móvel, mas com a porta aberta (pois se fechasse não resfriava), demorava no minímo 1:30 h (uma hora e trinta minutos) para baixar 0,5° C, com o auxílio do micro-ventilador, quando a temperatura ambiente estava em média de 34°. Em dias com temperatura acima de 34°, o chiller chegava a ficar ligado 3 horas ou mais, ligando em intervalos de 1:00 h aproximadamente. Pode imaginar como veio minha fatura de energia. 🙁

Com o novo projeto do chiller (v2.0), sua eficiência ficou bastante superior. Com o chiller no mesmo local, sob as mesmas condições de tempo e estrutura do aquário (móvel, local, bomba d'agua, hidráulica, etc.) e ainda com o micro-ventilador desligado, pois não é mais necessário, o chiller é capaz de baixar 0,5° em média de 32 minutos. Abaixo do vídeo, segue a Tabela 1, que mostra alguns registros de tempo para reduzir 0,5° C mantendo a temperatura do aquário estável a 26,5° C. 

Nos testes realizados ao finalizar o projeto, em ambiente aberto e ventilado, em um balde com 10 L de água e uma bomba com fluxo de aproximadamente 1.200 L/h (real), levou cerca de 1:35 min. (um minuto e 35 segundos) para baixar 0,5°. Poderá ver esse teste e o resultado final do chiller no Vídeo 1 abaixo.

Bom essa foi minha experiência, espero que tenha ajudado de alguma forma. Lembrando que os meus objetivos não são os mesmo que o seu, portanto considere outras formas de fazer o seu chiller. Um projeto que vi algumas pessoas utilizando é com compressor de ar-condicionado e uma serpentina direto dentro do sump. Como já disse, recomendo que utilize a mão de obra de um técnico em refrigeração para auxiliar. Mesmo com esse custo adicional, o valor total gasto não deve ultrapassar R$ 1.100,00. Antes de contratar o técnico, chamei ele para conversar sobre o projeto, saber se realmente tinha conhecimento sobre o assunto e me passar o orçamento. Paguei o valor da mão de obra para instalação de um ar-condicionado simples no mercado.

Vídeo 1 - Teste/Apresentação Chiller finalizado (Vídeo acelerado durante teste).

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Horário	Período	Tempo Ligado	Temp. Ambiente (Sens. Térmica)	Observação Estado das janelas do apartamento
23:28 - 24:02	Noite	34 min.	26° (25°)	Abertas  (com ventilação)
09:22 - 09:55	Manhã	33 min.	29° (32°)	Fechadas (sem ventilação)
11:20 - 12:00	Tarde	40 min.	33° (35°)	Abertas  (com ventilação)
20:03 - 20:39	Noite	36 min.	23° (22°)	Abertas  (com ventilação)
24:14 - 24:40	Noite	26 min.	20° (20°)	Fechadas (sem ventilação)
15:54 - 16:30	Tarde	36 min.	34° (36°)	Fechadas (sem ventilação)
12:22 - 12:45	Tarde	23 min.	31° (35°)	Abertas  (com ventilação)

Tabela 1 - Registros do chiller v2.0 para redução de 0,5° (26,5°).