Supermercado Verdemar, localizado em Belo Horizonte, opera com sistema a partir do CO2
(crédito: Bitzer)
Ana Paula Basile Pinheiro
A utilização de novas tecnologias com refrigerantes naturais como o CO2, hidrocarbonetos e amônia vem ganhando importância no mercado brasileiro. Equipamentos desenvolvidos para a substituição dos CFCs e HFCs já fazem parte da realidade de algumas instalações no Brasil, em especial as voltadas à refrigeração comercial, no caso com a utilização de CO2.
De acordo com Alessandro da Silva, engenheiro de aplicação da Bitzer Compressores, devido às exigências estabelecidas pelo Protocolo de Montreal para a eliminação e redução dos HCFCs a partir de 2013, tais exigências atingem diretamente o setor de refrigeração comercial, uma vez que reduz significativamente a disponibilidade do R-22 no mercado.
“Com isso, vários supermercados estão em busca de soluções “verdes” com a utilização de refrigerantes ecológicos como o Dióxido de Carbono - CO2, que não traz danos de nenhuma espécie ao meio ambiente e também reduz o consumo de energia elétrica da instalação frigorífica”, diz Silva. Ele cita o exemplo do Supermercado Verdemar, localizado em Belo Horizonte (MG): “No projeto do sistema de CO2 do supermercado Verdemar, todos os engenheiros e instaladores, juntamente com os técnicos de manutenção do próprio supermercado, foram treinados e capacitados no Centro de Tecnologia de CO2, que a empresa possui em São Paulo (SP). Assim, vários cuidados foram tomados nessa instalação para que o sistema operasse de maneira eficaz e segura”, diz o engenheiro de aplicação da Bitzer.
Ele informa ainda que o sistema possui recuperação do calor que permite a utilização de água quente em toda a loja para atender as torneiras de cozinhas, banheiros de funcionários e aquecimento do piso da loja. Este sistema aproveita o calor dissipado pelo estágio de alta pressão para aquecer a água com custo zero de energia, processo realizado em um trocador de calor instalado entre a descarga dos compressores e condensadores; sistema de redução da temperatura de condensação, onde o ar antes de entrar na serpentina do condensador passa primeiro por um “painel” com fluxo de água, diminuindo a temperatura de entrada do ar e, consequentemente, a temperatura de condensação. Com isso, eleva-se significativamente o COP (coeficiente de rendimento) do sistema, aumentando a capacidade frigorífica dos compressores com baixo custo energético; ventiladores do condensador de corrente contínua e com velocidade variável que garantem maior estabilidade da temperatura de condensação, gerando baixo consumo energético e maior vida útil dos compressores; válvulas de expansão eletrônicas utilizadas nos trocadores de calor cascata de CO2 e propileno glicol, garantindo uma estabilidade da temperatura de evaporação do estágio de alta pressão e maior economia de energia; compressores com variadores de frequência que permitem uma temperatura de evaporação mais estável, um melhor ajuste à capacidade instantânea requerida que proporciona maior economia de energia. Sobre os investimentos neste tipo de tecnologia, Silva diz que se compararmos a um sistema de refrigeração tradicional de expansão direta “entenda-se por sistema de refrigeração tudo menos expositores e painéis termoisolantes, o investimento inicial será aproximadamente 20% maior, podendo variar uns 5% para mais ou para menos de acordo com a característica de cada projeto. Em contrapartida o pay back se dá entre um ano e meio a dois anos. Além da otimização e economia de energia proporcionada pelo mesmo, também temos a possibilidade de acesso remoto à instalação, podendo assim auxiliar na otimização do sistema e na prevenção de problemas sem a necessidade da presença física no local. Com isso aumenta-se a confiabilidade do sistema e diminui possíveis perdas e os custos de manutenção”, explica Silva.
De acordo com ele a solução para aplicação em instalações de refrigeração comercial é composta por um sistema em cascata que utiliza o CO2 como fluido refrigerante no estágio de baixa pressão com expansão direta para atender aos equipamentos de congelados (câmaras e ilhas de congelados). Já nos equipamentos de resfriados, o propileno glicol é utilizado como fluido de transferência de calor num circuito bombeado que circula nos expositores e câmaras de resfriados. No estágio de alta pressão é utilizado o R-134a com carga de refrigerante muito reduzida, atuando somente no resfriamento do propileno glicol e na condensação do CO2.
“Em se tratando de um sistema cascata, o mesmo tem boa parte de seus componentes principais duplicados em paralelo. Por exemplo, o sistema pode ser feito com um único trocador para fazer a condensação do CO2, porém com dois trocadores e cada um deles em um grupo de sucção é mais vantajoso. Os trocadores para resfriamento do fluido secundário seguem o mesmo princípio, assim como as bombas de circulação, e assim por diante. No caso do CO2, devido às pressões mais elevadas (sendo sub-crítico, estamos falando de pressões máximas inferiores a 40 bar), deve ser dada atenção especial a todos os componentes submetidos a estas pressões, não só quanto a especificação do componentes, mas também quanto a seleção e aprovação dos fornecedores, aos processos de controle de qualidade e ao treinamento das pessoas envolvidas”, observa Silva.
Ele acrescenta que o potencial de emissões deste tipo de sistema, que utiliza o CO2 em cascata, é aproximadamente 10 vezes mais baixo do que outras tecnologias existentes no mercado usando os refrigerantes sintéticos. O potencial de aquecimento global do CO2 é desprezível (GWP=1). Além disso, a carga de refrigerante com CO2 é muito reduzida devido a sua alta capacidade volumétrica de refrigeração.
“A redução do consumo de energia, no caso do Verdemar, chegou a 20% em relação a sistema tradicionais de expansão direta utilizando R-22 ou R-404, mas não somente devido a utilização desta plataforma tecnológica já descrita, mas também através da utilização de inversores de frequência na compressão e bombeamento; ventiladores de alta eficiência, corrente contínua e velocidade variável; e do sistema de condensação Breeze que se vale do princípio do resfriamento adiabático”, explica Silva.
Ele ressalta que o importante é que a tecnologia é real, está disponível e é economicamente viável, basta apenas vontade e um pouco de dedicação para se adequar a ela.
Sistemas com amônia, CO2 e hidrocarbonetos operam no circuito primário no caso de resfriamento indireto
Refrigeração por amônia
A amônia é o refrigerante com melhores propriedades termodinâmicas comprovadas. É o único refrigerante natural que a indústria nunca quis dispensar, em razão de sua alta eficácia. A amônia também é considerada como fluido inofensivo em termos ecológicos: ODP e GWP = 0, com um favorável equilíbrio de TEWI (Equivalente Total de Impacto de Aquecimento) graças ao alto COP (Coeficiente de Performance) dos sistemas que utilizam a amônia.
“A amônia está sendo cada vez mais usada em uma escala menor, por exemplo, em sistemas com capacidade de menos de 500 kW, nos quais a quantidade pode ser reduzida quando escolhemos um refrigerante secundário adequado. Atualmente, a pesquisa intensiva está acontecendo, em especial no âmbito de sistemas de pouca capacidade, com o objetivo, entre outros, de desenvolver compressores pequenos, semi-herméticos e herméticos com resultado abaixo de 100 kW. Uma quantidade reduzida de trocadores de calor também está sendo desenvolvida seguindo essa linha. Além disso, diversos projetos de pesquisa estão também analisando o gerenciamento simplificado de óleo, como óleos solúveis para facilitar os sistemas. Além disso, hoje em dia a amônia está sendo usada cada vez mais em áreas que a predominância eram os refrigerantes sintéticos”, afirma Leonilton Tomaz Cleto, diretor da Yawatz Engenharia.
De acordo com Tomaz Cleto, a amônia provavelmente foi o único fluido natural que se manteve, mesmo com a utilização dos fluidos halogenados, principalmente na refrigeração industrial, devido a suas excelentes propriedades, facilidade de alcance, grande eficácia e preço baixo.
“A aplicação da amônia em sistemas de resfriamento indireto é opção atrativa e se expande para outros segmentos, como o de refrigeração em supermercados, por exemplo. Utilizada como refrigerante primário, fica confinada na casa de máquinas com carga reduzida, diminuindo riscos causados por sua toxicidade. Pode ser combinada com fluido secundário, como glicóis, por exemplo, apresentando excelentes resultados, tanto na otimização e performance do sistema, na eficiência energética quanto ao meio ambiente”, diz Tomaz Cleto.
Ele acrescenta que para essa aplicação é essencial ter um sistema com carga extremamente baixa e índice de vazamento também muito baixo.
Silva destaca a aplicação da amônia com CO2 em sistemas de compressores em cascata: “Os racks com NH3 utilizam somente compressores do tipo aberto livres de cobre e suas ligas, pois devido à incompatibilidade desse refrigerante com o cobre utilizado no motor elétrico, torna-se inviável a utilização de compressores semi-herméticos. Normalmente para pequenas capacidades são utilizados os compressores de pistão (alternativos), e para cargas elevadas são aplicados os compressores parafuso. Para controlar o nível de óleo dos compressores abertos alternativos com amônia, normalmente é utilizado um separador individual em conjunto com a equalização de óleo e gás”, informa o engenheiro da Bitzer.
Quando a carga térmica do estágio de alta pressão com a amônia é elevada, recomenda-se a aplicação dos compressores abertos parafuso. Esses compressores são os mais apropriados para esse tipo de aplicação, pois utilizam separadores de óleo primário e secundário (sistema inundado), também empregam resfriadores de óleo e sistema economizer para aumentar a capacidade frigorífica.
Os hidrocarbonos
Os hidrocarbonos, como o propano, o propileno e o isobutano também têm excelentes propriedades termodinânicas. De acordo com Roberto Peixoto, Prof. Dr do Instituto Mauá de Tecnologia, o uso da tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos apresenta diversas vantagens: melhor eficiência energética em algumas aplicações, baixo custo do refrigerante e de sua importação, possibilidade de fornecimento nacional, compressores fabricados no Brasil e menor impacto ambiental.
“A tecnologia para a utilização dos refrigerantes HCs está consolidada em algumas aplicações de refrigeração e ar condicionado (refrigeração doméstica e comercial "stand alone") e está evoluindo em outros segmentos no uso como refrigerante primário em sistemas secundários de refrigeração para supermercados, chillers e bombas de calor. A questão da segurança está sendo discutida internacionalmente e já conta com diversas normas que auxiliam o seu equacionamento”, diz Peixoto.
Ele acrescenta que no Brasil a maior parte da base instalada de refrigeradores e congeladores domésticos e comerciais ainda tem CFC-12 como refrigerante, devido à longa vida útil desses equipamentos, o que retarda o phaseout nas operações de serviço. Este fato cria a oportunidade para o uso de opções “drop-in”, entre elas misturas de HCs.
“Alguns fabricantes brasileiros já estão utilizando refrigerantes HCs em produtos para a exportação. No mercado interno já existe tecnologia para refrigeradores domésticos com refrigerante HC. Empresas fabricantes de refrigeradores domésticos e comerciais que já têm tecnologia e/ou já fabricam para exportação estão avaliando a possibilidade de colocação de seus produtos com HCs no mercado nacional”, conta Peixoto.
Existe uma empresa de refrigeração doméstica estabelecida no Brasil que já está produzindo e comercializando no mercado nacional, e também para exportação, refrigeradores domésticos utilizando refrigerante HC. É o caso da Bosch, na sua unidade de produção em Hortolândia, interior do estado de São Paulo. Outra empresa, a Multibras, em sua unidade industrial em Joinville, Santa Catarina, produz refrigeradores domésticos com HCs, mas só para exportação, principalmente para Europa.
Carga reduzida de refrigerante promove eficiência ao sistema
“As empresas nacionais fabricantes de refrigeradores e congeladores comerciais que fornecem equipamentos para empresas que estabeleceram políticas de não utilizar HFCs, como é o caso da Unilever-Kibon, devem se adaptar a esta determinação dos seus clientes e utilizar HCs em alguns de seus produtos, que começou em 2006, tanto para comercialização no mercado nacional quanto para exportação. Durante os levantamentos de dados e contatos realizados para elaboração deste estudo, as empresas que mencionaram que vão passar a utilizar refrigerantes HCs, não apresentaram as datas precisas a partir de quando vão utilizar estes refrigerantes alegando questões de sigilo que devem ser observadas no relacionamento com o mercado”, revela Peixoto.
Erivan Piazera, diretor de Distribuição e Pós-Venda da Embraco, acrescenta que na refrigeração comercial leve, fabricantes de bebidas e sorvetes como Coca Cola, Unilever e Pepsi, entre outros, têm políticas claras de migração de seus refrigeradores e freezers para versões ecologicamente mais eficientes, direcionando desta forma a indústria em todo o mundo a utilizar refrigerantes alternativos aos HFC.
Dentre estes refrigerantes, os principais são o R-290 (Hidrocarboneto - Propano) utilizado em freezers horizontais para sorvetes, na maior parte dos casos, e o R-744 (CO2) aplicado principalmente em expositoras verticais de bebidas e máquinas de venda automática de bebidas (vending machines).
“Alguns fabricantes de sistemas comerciais estão aplicando também R-600a tanto em freezers quanto em refrigeradores de bebidas, porém, em função de um maior deslocamento volumétrico requerido, há limitações econômicas quanto ao tamanho e custo do compressor R-600 se comparado a um compressor R-404A. Na prática, para uma mesma capacidade de refrigeração, o deslocamento em R-600a deve ser 3,5 vezes maior do que o deslocamento em R-404A. Alguns mercados são mais resistentes ao uso de refrigerantes inflamáveis, então o CO2 passa a ser uma alternativa. Além disto, o CO2 é também aplicado quando a carga do refrigerante R-290 ou R-600a excede 150g - carga limite de hidrocarboneto determinada para as aplicações comerciais leves na Europa”, informa Piazera.
Para ele qualquer das alternativas também irá requerer treinamento das redes de Assistência Técnica dos fabricantes de refrigeradores e freezers em função do manuseio de refrigerantes inflamáveis (hidrocarbonetos) ou de altíssima pressão (CO2). Os compressores CO2, além de intrinsecamente serem mais robustos para suportar as elevadas pressões de trabalho deste refrigerante, são produzidos em uma escala muito menor que a dos compressores para hidrocarbonetos. O custo aplicado do CO2 tende a ser mais alto, também, pelos mesmos motivos já citados: maior robustez do circuito de refrigeração e inclusão de válvulas de segurança para uso com refrigerante de alta pressão.
“Um sistema com HFC fabricado 10 anos atrás - e que ainda está no campo - tende a ser bem menos eficiente que um sistema com CO2 fabricado hoje. Contudo, sob o ponto de vista de "Impacto Total no Aquecimento Global" (GWI - Global Warming Impact), a solução com R290 tem potencial para ser mais eficiente que as demais. Em se tratando de compressores para uso com R-290, já dispomos de várias famílias de compressores: EM, F, NE e NT. A família EM já está na sua segunda geração de eficiência em R-290, através dos compressores EM2X, para atender à demanda de um grande fabricante mundial de sorvetes. Já a família NE dispõe de compressores VNEK para R-290, os quais utilizam a tecnologia de velocidade variável”, relata Piazera.
Segundo Peixoto são constatados alguns fatores que impedem, de um certo modo, a utilização dos HCs: “Constata-se que há uma falta de divulgação sobre a tecnologia de refrigerantes hidrocarbonetos no Brasil. O MMA poderia promover uma divulgação nacional com marketing ‘mais agressivo’; falta mecânicos qualificados para lidar com refrigerantes HCs e considera-se que uma das ações para incentivar o uso destes refrigerantes deveria ser a criação de um programa de capacitação e certificação de mecânicos de refrigeração nesta tecnologia; normas técnicas nacionais devem ser criadas tomando-se como referência as normas internacionais já existentes. As associações industriais e profissionais têm um papel importante nesta mobilização. Com relação à questão logística, a ser considerada na discussão de distribuição de refrigerantes HCs, considera-se que a rede nacional de distribuição de GLP deve ser aproveitada”, conclui Peixoto.
Ana Paula Basile Pinheiro - Editora da revista Climatização & Refrigeração