O calor está chegando e com isso aumenta a preocupação dos aquaristas em relação à refrigeração de aquários, principalmente aqueles que possuem aquários marinhos. Quando o aquário aquece demais, os peixes não se sentem bem, os micro-organismos como as cianobactérias se multiplicam muito mais, o oxigênio dissolvido diminui e problemas sérios tendem a surgir.
Quando está frio é relativamente mais fácil aquecer o aquário, basta colocar um termostato ou um aquecedor remoto adequado ao tamanho do aquário que tudo fica bem, mas quando o problema é a água quente demais não é tão fácil assim. Resfriar o aquário é um pouco mais complicado e pode ser até mais caro que aquecer um aquário.
Antes de falar sobre os processos de resfriamento, vamos falar de onde vem o calor que esquenta o aquário.
O aquário aquece principalmente devido à temperatura ambiente, à iluminação e à perda de calor dos equipamentos.
A temperatura ambiente é o principal fator que regula a temperatura do aquário. Se está o ambiente está mais frio que o aquário, a água do aquário esfria, se o ambiente está mais quente que o aquário, a água do aquário aquece. Quanto maior o volume do aquário, mais devagar ele vai sofrer alterações da temperatura. Não só a água influencia nesse ponto, como substrato e rochas também. Quanto mais rochas tiver o aquário, mais devagar o aquário vai sofrer alterações na sua temperatura.
A iluminação é outro fator importante na questão da temperatura. Existem tipos de lâmpadas que aquecem mais a água e outra que aquecem menos. O aquecimento se dar pelo tipo de radiação luminosa e pelo calor gerado pela lâmpada. As HQIs são conhecidas por aquecer a água mais que as outras lâmpadas como as tubulares (T5 e T8) e os leds, mas não quer dizer que as outras não aqueçam, só aquecem menos. Existem leds de baixa qualidade que aquecem bastante a água. Os leds não emitem radiação infra-vermelha, por isso aquecem pouco (nada praticamente) a água diretamente pela luz, mas dissipam boa parte de energia na forma de calor (por isso que elas tem sistema de refrigeração próprio).
Todo equipamento possui uma perda de trabalho que é conhecida como o rendimento do equipamento. As lâmpadas incandescentes usam 10% da sua energia para produzir luz e os outros 90% para produzir calor, logo o rendimento dela é muito baixo (daqui que vem parte do aquecimento das lâmpadas). As bombas do aquário também possuem essa perda de calor e aquecem a água. Se você ligar uma bomba de aquário fora d’água vai ver que ela aquece muito rápido e se deixar um certo tempo vai acabar queimando. A maioria desses equipamentos deviam vir com seu coeficiente de rendimento, o quanto eles perdem de energia e aquecem, mas não vem.
Curiosidade: A potência indicada nos equipamentos às vezes não corresponde ao consumo do equipamento. Alguns equipamentos vêm com a potência útil do equipamento que é menor que a potência consumida.
Agora que vimos como o aquário aquece, vamos ver quais os equipamentos utilizados para resfriar os aquários. Existem basicamente três equipamentos utilizados para o resfriamento de aquários: As ventoinhas, os chillers e mais recentemente as patilhas Peltier.
Ventoinhas
As ventoinhas utilizadas em aquários são sistemas que utilizam o ar atmosférico em volta do aquário para evaporar a água. A ventoinha em si não resfria a água do aquário de maneira nenhuma, o que retira o calor da água é o processo de evaporação que depende de uma série de fatores para ter resultado.
A água ao evaporar remove do aquário calor reduzindo a temperatura do sistema. É por esse sistema que nosso corpo mantém a temperatura ideal, através da transpiração, que, ao acontecer a evaporação do suor, o calor é dissipado e o corpo resfriado. É por isso também que sentimos frio ao passar molhado na frente do ventilador ou ao sair da piscina ou do mar.
O processo de evaporação retira calor da água na taxa de quase 600000 calorias para cada quilo de água evaporada (1 litro de água), o que quer dizer que se um litro de água evaporar de uma vez, um aquário de 600 litros de água (600000 gramas de água) abaixa 1ºC.
Vendo assim, parece que é um sistema muito simples e eficiente, mas é cheio de complicações. Existe uma série de fatores que influenciam na evaporação como umidade relativa do ar, temperatura ambiente, salinidade, superfície de contato e velocidade do vento.
1-Umidade relativa do ar
A umidade relativa do ar é a proporção entre a quantidade de vapor de água existente no ar e a quantidade máxima de vapor d’água que o ar consegue suportar e geralmente é medido em porcentagem. Quando a ar está com umidade relativa em 0% significa que não há vapor d’água e quando está em 100% significa que o ar possui a quantidade máxima de vapor possível, quando passa de 100% por algum motivo (resfriamento repentino) começa a chover. Todo mundo já deve ter visto nas previsões climáticas o termo umidade relativa do ar e muitos não sabem o que significa.
A capacidade do ar reter água varia de acordo com a temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de vapor de água que o ar consegue manter. O gráfico abaixo mostra a quantidade de água que o ar consegue suportar até a saturação de acordo com a temperatura.
Cidades litorâneas, perto de rios ou grandes lagos possuem uma média de umidade relativa do ar de 60%. Outros fatores como matas e asfalto também influenciam na umidade relativa do ar.
Veja abaixo um mapa com a umidade relativa do Brasil no dia 12/07/2011 e veja como a umidade estava alta em quase todo o Brasil, com exceção do centro do país.
Se a umidade do ar chegar a 100% não há evaporação da água do aquário.
2- Temperatura ambiente e do aquário
Quanto maior a temperatura ambiente, maior a capacidade do ar absorver vapor d’água e quanto maior a temperatura do aquário, maior a agitação das moléculas e por isso a evaporação é facilitada.
3- Salinidade
Quanto maior a salinidade da água, menor a taxa de evaporação. Se pegarmos dois aquários idênticos e colocar água salgada em um e água doce em outro, o aquário de água salgada irá evaporar menos e por isso irá se resfriar menos que um aquário de água doce.
4- Superfície de contato
Quanto maior a área de superfície do aquário, maior a taxa de evaporação. Um aquário cúbico com 75cmx75cmx75cm tem pouco mais de 420 litros brutos e uma superfícies de 0,56m² e um aquário de 250cmx50cmx40cm(h) tem 400 litros brutos e uma superfície de 1,25m², logo, com a mesma ventoinha, o segundo aquário pode evaporar água duas vezes mais rápido, embora seja um pouco menor que primeiro aquário.
5- Velocidade do vento
Quanto mais rápido o ar passar pela água, maior a quantidade de água que evapora, logo, quanto mais potente for a ventoinha, maior vai ser a taxa de evaporação. Isso é devido a passar mais ar com menos vapor d’água na superfície de água do aquário.
Existem outros fatores que influenciam na evaporação como pressão atmosférica, composição química da água, profundidade do aquário e mais alguns, mas esses fatores influenciam bem menos que os cinco fatores acima citados.
E o que isso tudo quer dizer?
Isso tudo quer dizer que a refrigeração do aquário depende diretamente da quantidade de água que evapora do aquário e essa quantidade que evapora depende principalmente dos fatores citados anteriormente. Como a umidade relativa do ar varia independente da vontade humana, a evaporação varia e a capacidade de refrigeração varia também. Isso é extremamente ruim para aquários. É um risco constante.
Os peixes de água doce, principalmente os tropicais, sobrevivem um bom tempo com a água em temperatura média de 35ºC (sobrevivem, não quer dizer que estejam bem), porém os aquários marinhos e de camarões são muito mais sensíveis a temperaturas elevadas.
A temperatura ideal de um aquário marinho é entre 24ºC e 28ºC e acima de 28°C começam os problemas. Os animais começam a estressar (diminuindo assim a sua imunidade) e os micro-organismos começam a multiplicar mais rápido. Os invertebrados (corais, crustáceos, anêmonas, etc.) são muito mais sensíveis às variações de temperatura que os peixes. Na natureza às vezes os corais passam por temperaturas acima de 32ºC e sobrevivem, mas há uma taxa de mortalidade relativamente alta, tanto que o aquecimento das águas oceânicas é um dos causadores do branqueamento dos recifes de corais.
As ventoinhas, por melhores que eles sejam, em excelentes condições ambientais conseguem refrigerar um aquário em média 4ºC no máximo em relação ao ambiente externo (pode procurar no Ebay e Amazon que os melhores fabricantes dizem isso de duas ventoinhas e inclusive aquário completo Red Sea Max 250 também tem esse rendimento de refrigeração). Isso pode ser suficiente para temperaturas amenas, mas não para dias muito quentes e úmidos do verão brasileiro em grande parte do país. Talvez na Serra Gaúcha seja possível manter um aquário com segurança apenas com coolers por muitos anos, no resto do Brasil é arriscado. Alguns anos são mais quentes que outros e não há como prever isso, um dia quente e chuvosos de verão pode acabar com anos de trabalho e investimento em um aquário em algumas horas.
No Espírito Santo, todos esses anos de envolvimento com o aquarismo marinho, desconhecemos alguém que conseguiu manter um aquário saudável com ventoinhas com sucesso por 3 anos (dando uma margem grande ainda). Todo mundo que tentou apresentou grandes ou totais perdas no aquário devido ao calor. Isso é devido ao clima quente e úmido do estado durante todo o ano.
Existem alguns evaporadores industriais que estão sendo adaptados para uso em aquários, esses, devido à alta superfície de contato da água com o ar, chegam a ter até o dobro de rendimento das ventoinhas normais, mas ainda estão sujeitos às mesmas condições ambientais de evaporação.
Um ponto negativo desse sistema de refrigeração é a água que evapora do aquário. É preciso ter um sistema de reposição de água deionizada constante para evitar o aumento da salinidade nos aquários, sejam doces ou marinhos. Nos aquários de água doce o aumento da salinidade aumenta a dureza geral que pode se tornar impróprio para muitos peixes, principalmente amazônicos que em sua maioria são de água mole.
Caso o aquário fique em um ambiente fechado o ar externo do ambiente irá saturando com a evaporação de água do aquário e a eficiência do cooler vai reduzindo. Um quarto grande de com 25m² e 4 metros de altura totalmente fechado tem cerca de 115quilos de ar, que numa temperatura de 30ºC irá conseguir suportar em média 3,5 litros de água.
Considerando que a umidade ambiente esteja em 50%, isso quer dizer que assim que o aquário evaporar 1750 ml de água o ambiente irá chegar na saturação e nenhuma água do aquário irá evaporar e logo não haverá mais refrigeração. É muito ter isso em conta quando se vai viajar (ou mesmo passar um dia ou o final de semana fora) e deixar a casa toda trancada. Um apartamento todo fechado de 140m² teria capacidade para absorver cerca 10 litros de água. O nosso marinho de 1000 litros evapora cerca de 6 litros por dia naturalmente com chiller mantendo a temperatura entre 25 ºC e 27ºC.
A evaporação também traz outras implicações como umedecer o ambiente favorecendo a ferrugem. Embora o sal não evapore, pequenas gotas de água contendo sal são arrastadas pela força dos coolers e podem enferrujar coisas no ambiente. É como se fosse uma maresia em bem menor escala.
Chiller
O chiller é o sistema de refrigeração de aquário mais consagrado e confiável que existe. Ele não depende das condições ambientais para funcionar, porém seu único problema é o alto custo de aquisição devido a sua tubulação com liga de titânio.
O chiller funciona do mesmo modo que uma geladeira, um compressor resfria o gás refrigerante do equipamento e esse vai para a resfriar a tubulação de titânio no qual passa a água do aquário. Diferente do que muitos pensam o titânio não é um metal raro, de fato é um dos metais mais comuns na natureza, porém o processo de obtenção das ligas metálicas é muito caro, o que torna caro o produto final.
Não há muito o que dizer sobre chillers, eles precisam apenas estar corretamente dimensionados para o aquário que vai refrigerar. Não recomendamos os chillers chineses, esses esquentam demais e possuem um rendimento baixo (lembra do que foi dito sobre energia consumida e energia utilizada dos equipamentos elétricos?) além de darem problema com uma certa frequência.
O chiller pode ser caro em relação a aquisição, mas é um equipamento que dura ao menos 5 anos se devidamente utilizado. Indicamos sempre os chillers da Gelaqua por serem robustos, eficientes e de fácil manutenção caso seja necessário trocar o gás. Usamos chiller da Gelaqua, gostamos dos resultados e recomendamos para todo mundo.
Nos aquários de água doce é possível fazer chillers caseiros que utilizem serpentina de inox utilizando compressores comuns e gases refrigerantes. Nos aquários marinhos isso não é possível já que a água do mar irá corroer qualquer liga de inox que seja usada. Essa corrosão não só pode provocar vazamentos e perigosos curtos-circuitos, como os metais liberados pela corrosão, principalmente o cromo e o níquel, podem afetar os corais e os micro-organismos do aquário. Caso disponha de tubos de titânio não há problema algum em fazer um chiller caseiro para marinho, é até fácil fazer um chiller caseiro, o problema é justamente a liga de titânio.
Em hipótese alguma, para todo e qualquer tipo de aquário, use material de cobre em contato com a água. O cobre em pequenas quantidades é altamente tóxico ao ambiente aquático.
Pastilhas Peltier
As pastilhas Peltier utilizam o princípio do efeito termoelétrico para funcionar. Esse efeito consiste em passar uma corrente elétrica entre placas de condutores disposta de forma característica gerando um lado frio e um lado quente.
As Pastilhas Peltier vêm sendo usadas com sucesso em aquários pequenos devido à simplicidade de construção, preço acessível e por ocupar menos espaço, mas não é a opção mais econômica em relação à economia de energia.
Esse tipo de sistema precisa de um excelente sistema de dissipação de calor para funcionar corretamente e muita gente usa coolers de processadores de computador (sejam os que usam ar ou água) para dissipar o calor da parte aquecida da pastilha de Peltier. Outros fazem verdadeiras engenhocas para melhor a dissipação de calor do sistema.
É possível usar inox ou alumínio em sistemas usando partilha Peltier em aquários de água doce, mas não em marinho, pois a água salgada vai corroer o metal. Muitos dos sistemas usam dissipadores de alumínio para fazer a transferência de calor entre a pastilha e a água.
Consumo de energia
O Departamento de Energia dos EUA lançou uma cartilha comparando diversos sistemas usados em refrigeração comparando com os sistemas de compressão de gás (geladeira, chiller, etc) em relação ao rendimento energético de cada equipamento refrigerador. A cartilha pode ser lida aqui e a tabela segue abaixo:
O termo “Carnot Efficiency” é o rendimento do equipamento, a quantidade de energia elétrica que é utilizada para refrigerar, o restante é perdido de várias formas, principalmente na forma de calor.
Pela tabela vimos que o sistema com maior eficiência é o que utiliza compressor de ar (chiller no nosso caso), podendo ser de 4 a 6 vezes mais eficiente que a pastilha de Peltier.
O chiller pode consumir até 6 vezes menos que um sistema usando pastilha de Peltier. Isso quer dizer que um chiller de 1000w totais pode usar até 600W de energia para refrigerar, enquanto uma pastilha de Peltier de 1000w totais usaria algo entre 100w e 150 w da energia para refrigerar. Fazendo a conta simples, um chiller de 1000w tem o mesmo resultado que o melhor sistema usando pastilha de Peltier de 4000w. É por isso que o chiller É O SISTEMA MAIS ECONÔMICO DE REFRIGERAÇÃO DE AQUÁRIOS, porque é o que tem maior eficiência energética.
O rendimento real de um sistema de refrigeração não depende somente do sistema refrigerador, mas de como é montado e a qualidade dos equipamentos montados. A composição do material condutor, calibragem, dissipação de calor e outros motivos fazem um equipamento gastar mais ou menos energia.
No vpideo abaixo foi feito um teste medindo a eficiência real de um sistema usando pastilha Peltier retirada de um filtro de água e de acordo com os resultados apresentou resultado real de apenas 2% de energia elétrica convertida em energia para resfriar a água e 98% da energia é perdida por calor ou outra forma de energia! Segunda as pesquisas de quem fez o teste abaixo o rendimento médio é de cerca de 5%.
Veja essa experiência aqui: http://rimstar.org/science_electronics_projects/peltier_effect_module_cooling_efficiency_test.htm
Sempre, todos os anos, vem alguém e nos faz essa mesma pergunta: Sobrinho, se eu fizer um chiller caseiro com cano de PVC ao invés de serpentina de titânio vai funcionar?
A resposta é sim, vai funcionar, porém o gasto energético vai ser dezenas de vezes maior.
O coeficiente de transferência de calor do titânio é de 22W/(mK) e o coeficiente de transferência de calor do PVC é de 0,19W/(mK), ou seja, o PVC oferece 115 vezes mais resistência à transferência de calor que o titânio. Lembrando que no caso de um aquário de água doce é possível fazer com tubulação de inox sem problemas.
Outro ponto que influencia muito no rendimento e na economia de energia é a dissipação de calor do equipamento. Todos os equipamentos utilizados para refrigeração retiram calor de um lugar ( da água do aquário) e “jogam fora”, até mesmo as ventoinhas. Os chillers e pastilhas Peltier precisam de um bom sistema de dissipação para gastarem menos energia e terem um melhor resultado.
Se você colocar o chiller fora de casa e protegido da chuva (não use nada para cobrir o chiller diretamente como lonas ou caixas apertadas, isso pode queimar o equipamento e irá fazer com que seu rendimento seja bem reduzido) sob um toldo ou telhado, irá melhorar a dissipação de calor e o rendimento do equipamento. Após instalarmos uma ventoinha no chiller o rendimento dele quase que dobrou pois passou a ligar metade do tempo que ficava ligado antes.
Considerações Finais
A refrigeração é um assunto complicado em aquários principalmente quando se fala em aquários marinhos devido ao custo elevado de se ter um chiller. Muitos aquaristas às vezes compreendem o risco de usar ventoinhas, mas muitos não têm nem noção de como é arriscado, acabam usando sem saber e por isso todos os anos alguns aquaristas perdem repentinamente o aquário e desistem do hobby. Todo risco bem calculado pode trazer bons resultados
A decisão de qual equipamento usar depende da condição climática da cidade em que o aquaristas vive, de onde o aquário está, da necessidade de refrigeração do aquário e do tamanho do aquário sendo que na maioria do território brasileiro as temperaturas passam facilmente de 35ºC no verão e o cooler pode não ser suficiente.
É preciso deixar claro que devido a iluminação e demais equipamentos que mesmo que a temperatura ambiente esteja em 24ºC, por exemplo, que o aquário irá ultrapassar essa temperatura e talvez até acima do ideal. Esse é um dos pontos perigosos do uso do cooler porque a temperatura ambiente é baixa e logo a capacidade do ar absorver vapor de água é menor (só conferir o gráfico simplificado de Mollier apresentado no começo do texto).
Não é possível fazer o cálculo do rendimento das ventoinhas pois o único fator dependente delas é a velocidade do vento, um dos vários fatores que influenciam a evaporação, sendo o mais decisivo a temperatura ambiente e a umidade relativa do ar.
A pastilha Peltier ainda é uma tecnologia relativamente nova no campo da refrigeração prática e, assim como toda tecnologia nova, é cheia de problemas. É possível encontrar na teoria e em manuais de fabricantes pastilhas Peltier com eficiência na faixa de 50 a 60%, mas na prática não é visível, tanto que as pastilhas Peltier somente são usadas para sistemas de refrigerações pequenos como filtros. Toda pesquisa que fizemos corrobora com a ideia de baixa eficiência sempre menor que a encontrada na cartilha do Departamento de Energia dos EUA.
As pastilhas Peltier possuem uma excelente perspectiva de futuro, porém atualmente ainda não são competitivas com os chillers em relação ao consumo. São viáveis apenas para sistemas pequenos onde o desperdício de energia não vai fazer uma diferença tão grande na conta de luz.
Há um senso comum de que o chiller é um equipamento que consome muito, mas ele consome no máximo a potência máxima do próprio aparelho. Um chiller de 1/3 de hp tem quase 250w de potência máxima (1hp é equivalente a 745,7 watts) e se ficar ligado durante 6 horas por dia consome em média 45kwh por mês (cerca de uns R$30,00 reais na conta de luz), sendo que é um equipamento para um aquário de até 700 litros. Qualquer aquário de coral de 700 litros tem mais de 250w de iluminação e fica ligado por mais tempo que o chiller, logo consome mais energia. Uma bomba de recalque de 60w ligada 24 horas por dia consome mais ou menos a mesma quantidade de energia elétrica que um chiller de 1/3 de hp ligado 6 horas por dia.