Refrigeração
Sistema com carga reduzida de amônia permite diversificar aplicações
Aplicações em instalações comerciais e de ar condicionado
postado em: 10/08/2016 11:41 h atualizado em: 05/10/2016 11:14 h

Historicamente a amônia é o refrigerante básico das aplicações industriais. Mesmo com o advento dos refrigerantes sintéticos, nunca deixou de ser empregada. Hoje, graças às cargas extremamente reduzidas, vem ganhando espaço em outras aplicações, antes dominadas pelos fluidos sintéticos, como em instalações de ar condicionado, com riscos mínimos para as pessoas.

Carlos Guilherme Süffert, diretor da SPM Engenharia, explica que não existe um refrigerante perfeito. “Normalmente o usuário não tinha preocupação com o impacto ambiental e por isso a preferência recaia em refrigerantes halogenados. À medida que o mercado pressiona por instalações de menor impacto ambiental, isto significa dizer ODP=0, baixo GWP e baixo consumo de energia, a amônia cresce na preferência dos técnicos por possuir estas características: ODP=0, GWP=0 e alta eficiência termodinâmica”.

No entanto, a escolha pelo refrigerante natural ainda não é corrente.  “No cenário atual do nosso mercado, somente consultas e estudos estão incluindo a possibilidade do uso de amônia em instalações de pequeno e médio porte. Embora isso seja uma realidade em alguns países europeus, para o nosso mercado, o uso do R404A e do R134a são predominantes”, entende Eduardo Almeida, Chief Technology Officer da Bitzer Compressores.

Apesar da possibilidade de redução da carga, o uso da amônia é limitado pelos riscos que pode representar. “Para qualquer sistema de refrigeração, segurança e treinamento são palavras-chave. A amônia é considerada tóxica, entretanto, seu odor característico pode ser considerado como benéfico, pois, em caso de um pequeno vazamento, é um auto alarme aos operadores: a amônia é detectável pelo nariz humano em concentrações de 5 ppm”, esclarece Maria Celina Bacellar, Industrial Manager Regional Product Manager – Industrial Refrigeration – Latin America da JCI.

Maria Celina Bacellar, da JCI

Bacellar alerta que equipar a sala de máquinas adequadamente, com detectores de vazamento, ventilação e todos os aparatos de segurança é algo indispensável para qualquer fluido refrigerante. “Vale lembrar que o CB-55 da ABNT é responsável pelo desenvolvimento da NBR 16609 sobre segurança em sistemas de refrigeração. Esta norma é baseada no AISI/ASHRAE Standard 15-2007 e utiliza as demais normas internacionais como referência”, enfatiza.

Süffert tem a mesma opinião: “Como comentei anteriormente, não existe o refrigerante perfeito, no caso da amônia a toxicidade é sua principal desvantagem. É preciso saber conviver com esta característica. Claro que existem diversas normas que orientam a utilização segura deste refrigerante, estas normas definem boas práticas, utilização de válvulas de segurança, instalação de sensores, ventilação dos ambientes e equipamentos de segurança, mas, sem dúvida nenhuma, a decisão de maior impacto no quesito segurança operacional é o projeto de sistemas com baixa carga de refrigerante. Nós temos inúmeros exemplos de instalações industriais que, embora afastadas de áreas urbanas, não podem garantir a total segurança com cargas da ordem de 10 toneladas, mesmo contando com sofisticados dispositivos de controle e segurança. Em contrapartida, temos exemplos de instalações em centros urbanos, como por exemplo shopping center, onde o sistema de climatização tem carga de amônia de aproximadamente 150 kg, divididos em chillers de 50 kg cada. Claro que as orientações de segurança indicadas nas normas não podem ser negligenciadas, mas é muito mais fácil tratar de um vazamento de 50 kg do que de um vazamento de algumas toneladas. Esta análise também é válida para outros tipos de fluidos frigorígenos”, complementa.

De qualquer maneira, como em qualquer outro tipo de sistema, é necessária a estrita observância das normas técnicas, alerta Raul Yaben, da Mebrafe, para quem a carga mínima de refrigerante, “serve à possibilidade de ampliar o uso da amônia em regiões densamente povoadas e locais em que nunca tinha se cogitado o seu uso, uma vez que os outros fluidos existentes já têm data de extinção. Dentre as possibilidades de uso da amônia, CO2 e propano, o mais viável é a amônia”.

A redução da carga de refrigerante amplia as possibilidades do uso da amônia ao melhorar a segurança operacional. “Mas é importante que o projetista atente para a eficiência energética da instalação. Não se pode focar apenas no quesito baixa carga por segurança e pagar um alto custo energético pela solução. Por exemplo, a utilização de CO² em temperatura de evaporação acima de -40ºC é menos eficiente que a amônia. Por isso a concepção do projeto deve considerar todas as características, como segurança, eficiência, simplicidade, impacto ambiental, confiabilidade etc. Dependendo da configuração adotada se obtém ganhos consideráveis de energia mesmo comparando com instalações diretas de amônia inundada”, afirma Süffert.  

Celina Bacellar lembra, também, o aspecto legal. “As altas cargas de refrigerante estão onerando os proprietários de sistemas de refrigeração que utilizam amônia devido aos atuais requisitos legais. Nos EUA, por exemplo, instalações contendo 500 lb (227 kg) de amônia, ou mais, devem ser reportadas ao comitê de planejamento de emergência local. Instalações que contenham mais de uma quantidade limite (TQ - threshold quantity) de amônia devem, também, apresentar um plano de gestão de riscos para a Agência de Proteção Ambiental dos EUA – EPA. Para todos os sistemas de refrigeração com amônia, independentemente da carga, perdas de mais de 100 lb (45 kg) devem ser comunicadas ao Centro de Resposta Nacional dentro de 15 minutos a contar do momento em que a pessoa no comando da instalação tomar conhecimento da perda”.

Como resultado, a redução da carga do sistema tende a eliminar ou, ao menos, reduzir o plano de gestão de risco EPA (RMP) e os requisitos de processo de gestão de segurança OSHA (PSM) para instalações de amônia. Bacellar insiste no fato de que tais práticas tendem a ser implementadas em todo o mundo e lembra que a amônia não é o único refrigerante sob pressão legal.

O que muda num sistema de carga mínima 

Os principais componentes de acúmulo de refrigerante são: reservatório de líquido, separador de líquido e condensadores. “Por isso, uma adequada configuração de todo o sistema é essencial para que a redução ocorra com eficiência e segurança. Dependendo do projeto é possível eliminar vários destes componentes”, alerta Süffert. Também a maneira como o sistema opera deve ser reavaliado.

“Atualmente o uso de trocadores de calor do tipo de placas/placas ou casco/placas vem sendo aplicado com bastante êxito para a redução da carga, como também uma significativa melhora na eficiência de transferência de calor. Também os sistemas de condensação a água com torres de resfriamento e dry-coolers colaboram para a redução da carga de amônia”, afirma Almeida, da Bitzer.

Eduardo Almeida, da Bitzer

A informação é corroborada pela representante da JCI, que diz serem os trocadores de calor a placas os mais adequados quando a ideia é eficiência e baixa carga de refrigerante. “Os trocadores do tipo shell and plate, onde condensador + reservatório ou evaporador + separador de líquido formam um conjunto único vêm se mostrando os mais adequados para os chillers com cargas muito reduzidas de amônia”, diz.

Se não é possível alterar o dimensionamento de uma tubulação de amônia, pode-se trabalhar na configuração do sistema para diminuir os comprimentos das linhas.O mais ajustado possível, tanto em dimensionamento como em comprimento”, informa Yaben. 

Existem várias possibilidades para utilização de chillers de amônia, seja em regime inundado, com expansão seca ou “LPR”, ou, ainda, variando a condensação. Cada um com suas características diferentes, daí a importância de um projeto para alinhar as necessidades e expectativas do cliente com a tecnologia disponível no mercado.

Os chillers compactos já são desenhados para utilização de cargas reduzidas de amônia. Eles são construídos com trocadores placas/placas ou shell and plates, onde hoje são atingidas cargas entre 80g a 150g por tonelada de refrigeração”, afirma Almeida.

Diversificação das aplicações

A redução de carga em sistemas de refrigeração amplia muito o aproveitamento da amônia. “Termodinamicamente falando, a amônia continua sendo o melhor refrigerante disponível no mercado, e tem na elevada toxicidade o principal limitante para a sua aplicação. Por isso sua grande aplicação ocorre em instalações industriais e existem grandes ressalvas para sua utilização em instalações comerciais. Mas, atualmente, instalações comerciais climatizadas com amônia e fluído secundário já não são novidades em nosso país. Estas instalações apresentam alta eficiência energética graças à performance da amônia, aliada à flexibilidade de regime em carga parcial proporcionado pelo sistema indireto; desta maneira, essas configurações aliam alta performance, baixíssimo impacto ambiental e segurança operacional”, defende Süffert.

Carlos Süffert, da SPM

Bacellar vai no mesmo sentido: “Aplicações antigamente dominadas pelos refrigerantes HCFC/HFC, agora podem contar com os chillers com baixas cargas de amônia. É o caso, por exemplo, das aplicações de ar condicionado. Uma outra boa aplicação para estes chillers é o retrofit em antigas plantas de R-22, onde os espaços são reduzidos. Esses novos chillers são bastante compactos e têm a largura de uma porta, viabilizando a sua instalação em espaços bastante reduzidos”, finaliza.

Ronaldo Almeida - ronaldo@nteditorial.com.br

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