A refrigeração começa a vivenciar um período de grandes mudanças. Além do avanço das tecnologias aplicadas aos equipamentos, controles bem mais refinados e sofisticados fazem com que ela se torne mais eficiente do ponto de vista do consumo energético. A transição para fluidos refrigerantes mais amigáveis ao meio ambiente tendem a alterar substancialmente a forma como conhecíamos os sistemas até então. Para comentar um pouco sobre essa nova realidade, convidamos três especialistas de empresas com larga experiência: Paulo Teixeira, gerente comercial Mayekawa do Brasil; Rogério Marson Rodrigues, Gestão Industrial da Eletrofrio; e Fabrício Dedavid do Nascimento, COO da Güntner do Brasil.

A+CR: O que determina a escolha pela melhor solução de expansão, direta ou indireta, em instalações de refrigeração comercial ou industrial?

Rodrigues: A expansão direta vai sempre resultar na melhor eficiência energética em função da eliminação de qualquer intermediário na troca de calor entre o fluido refrigerante primário e o ar a ser resfriado, seja ele de expositores ou câmaras frigoríficas. Na contrapartida, os sistemas de expansão indireta trazem dois benefícios muito bem avaliados quando da análise comparativa para tomada de decisão entre estes conceitos de projeto: redução da quantidade de fluido refrigerante primário e simplicidade do sistema.

Teixeira: No caso da refrigeração comercial, os determinantes serão a área de refrigeração, a necessidade do volume de frio e o espaço para instalação do sistema. Por exemplo: qual a necessidade de refrigeração que essa instalação vai requerer? Uma ilha de resfriados pequena, em que, talvez, uma solução de expansão direta poderia atender muito bem essa demanda ou, por sua vez, ilhas de resfriamento e congelamento de médio e grande portes, que pela necessidade de refrigeração necessitariam de um sistema indireto. Contudo, é preciso verificar se há espaço disponível para a instalação.  Portanto a área, o volume do frio e o espaço de instalação são decisivos nestes casos.

Nascimento: A utilização de sistemas de expansão direta ou indireta será o reflexo de qual volume de refrigerante o cliente está autorizado a manter ou qual o montante de investimento em refrigerante que ele deseja fazer em sua unidade. Atualmente, os refrigerantes têm sido alvo de uma série de restrições, seja pelo apelo ambiental ou pelos altos valores agregados pela produção. O cliente precisa analisar os riscos em ambos os lados para poder decidir o melhor retorno de investimento; o critério ambiental passou a ser fundamental na tomada de decisão pois ultrapassa a relação entre o produtor e o cliente, chegando à imagem da empresa e do produto no caso de algum incidente, portanto, o balanço entre financeiro e meio ambiente passou a ser uma obrigação.

A+CR: Quais as vantagens e limitações de uma instalação de refrigeração com expansão direta?

Rodrigues: A grande vantagem de um sistema de expansão direta é a eficiência energética resultante da troca de calor entre o fluido refrigerante primário e o ar a ser resfriados, sem a ação de intermediários, porém, possui uma limitação que se mostra um grande empecilho para os conceitos atuais de projetos de sistemas de refrigeração, que é a quantidade de fluido refrigerante em circulação, seja por motivos ambientais, quando se trata de HCFC ou HFC, ou por motivos de segurança, quando trata-se de HFO, HC ou NH3.

Teixeira: Os sistemas de refrigeração são capazes de abaixar a temperatura de um ambiente através do princípio da troca de calor com a ajuda dos fluidos refrigerantes, que passam do líquido para o estado gasoso. A diferença entre as centrais de refrigeração por expansão direta ou indireta ocorre justamente em como se dá essa alteração. Na expansão direta, a mudança para o estado gasoso ocorre através do calor presente no fluxo de ar do ambiente, no interior da serpentina evaporadora do equipamento. Com o auxílio de ventiladores, o ar presente no ambiente é forçado a passar ela, de modo a transferir o calor. O fluido refrigerante, então, expande-se através do contato direto com o meio que se deseja alterar a temperatura. Esse tipo de sistema está presente tanto em soluções de refrigeração convencionais, como nas de ar-condicionado, ou mesmo na refrigeração comercial. As grandes vantagens em comparação aos sistemas de expansão indireta estão relacionadas ao menor custo da instalação e, também, na necessidade de espaço.

Nascimento: A principal vantagem está na redução de componentes como vasos de pressão e sistemas de bombeamento. O volume de refrigerante baixa significativamente, permitindo manutenções mais rápidas e reservatórios menores. A limitação está na tecnologia do projeto de evaporadores que precisam garantir escoamentos anulares nos tubos durante a expansão. Este balanço depende de cálculos de velocidades e perdas de cargas em circuitos como também um severo ajuste laboratorial para o caso de amônia.

A+CR: Quais as vantagens e limitações de uma instalação de refrigeração com expansão indireta?

Rodrigues: As grandes vantagens de um projeto de refrigeração com expansão indireta estão na drástica redução da quantidade de fluido refrigerante primário e na simplicidade resultante da retirada de válvulas de expansão e controle dos pontos de consumo junto aos expositores ou câmaras frigoríficas, pois deixam de ser aplicados nestes pontos as válvulas de expansão, válvulas solenóides e controladores eletrônicos, porém, há de se avaliar as consequências da perda de eficiência energética em função da adoção do fluido secundário.

Teixeira: O sistema de expansão indireto necessita da instalação de sistemas de água, o que impacta a ocupação espacial e custos de operação, e aumento do gasto com energia elétrica ao mesmo tempo em que aumenta a lucratividade, pois os chillers consomem menos energia do que outros equipamentos de refrigeração, justamente por utilizar água gelada para climatizar ambientes e processos. Um equipamento para aplicação no ambiente industrial tem como principal característica o dimensionamento  do equipamento para atender a particularidade daquele processo, ocasionando eficiência energética e desempenho satisfatório. A escolha da solução ideal faz toda a diferença nos resultados a serem conquistados.

Nascimento: Os sistemas de expansão indireta são conhecidos pela sua simplicidade e confiabilidade, demandam menos conhecimento de operação e garantem uma alimentação de 3 a 4 vezes o necessário nos equipamentos evaporadores. Sistemas de expansão indireta requerem menos instrumentação de controle e menos conhecimento especializado na instalação.

A+CR: Quais os fluidos refrigerantes primários mais adequados para uma instalação de expansão indireta? Quais os fatores que determinam a escolha do fluido?

Rodrigues: Enquanto não há uma regulamentação clara do uso dos HFCs no Brasil, e isto ocorrerá somente após a promulgação da ratificação da Emenda de Kigali, estes vêm sendo a melhor escolha quando de uma avaliação de custo-benefício, mesmo sabendo das consequências ambientais da decisão, principalmente em função da disponibilidade do produto no mercado nacional, simplicidade dos sistemas de refrigeração e preço acessível, tanto do fluido quanto dos equipamentos de refrigeração.

Teixeira: Na linha de produtos da Mayekawa do Brasil os fluidos para expansão indireta são amônia e propano, escolhidos em função de segurança; isso fica diretamente ligado a quantidade de fluido utilizado e ao desempenho – esse é o rendimento que ele proporciona ao equipamento, devolvendo em quantidade de refrigeração a energia aplicada. Disponibilidade no mercado para reposição em caso de manutenções.

Nascimento: A amônia é um refrigerante comumente utilizado neste processo. Possui GWP (Global Warming Potential) = 0 (zero). Um produto fácil de ser obtido, com impacto ambiental muito baixo. O CO₂ segue também como um excelente refrigerante de baixo impacto ambiental. A escolha do fluido irá depender do volume necessário e do local onde será aplicado. Produtos como amônia têm alto poder oxidante e oferece risco se estocado em locais urbanos sem os devidos controles.

A+CR: Quais os fluidos refrigerantes secundários mais adequados para uma instalação de refrigeração e quais os fatores que determinam sua especificação?

Rodrigues: Os fluidos secundários mais utilizados na refrigeração comercial são o propileno glicol, para sistemas de média temperatura, e acetato de potássio, para sistemas de baixa temperatura. Aqui vale uma ressalva quanto ao uso do etileno glicol, às vezes aplicado de forma indevida em expositores ou câmaras frigoríficas para exposição ou armazenamento de produtos alimentícios in natura, o que é proibido em função da toxidade deste fluido.

Teixeira: No mercado estão disponíveis vários fluidos secundários como: solução com álcoolica, propileno glicol, etileno glicol e dióxido de carbono (CO₂). Esses sistemas são configurados para que ocorra a redução de fluido refrigerante no sistema. O primeiro critério é a segurança das instalações, considerando-se a inflamabilidade, a toxicidade e pressões de operação. O segundo critério é o desempenho, uma vez que há a necessidade  de utilizar bombas para fazer circular os fluidos nas instalações; entende-se que a performance dependerá da energia necessária para essa operação e a disponibilidade desse fluido no mercado local, além da mão de obra para manter a operação e a manutenção dos sistemas.

Nascimento: Encontrado em abundância, baixo custo e não tóxico, a água é o melhor refrigerante secundário existente, mas, infelizmente, tem restrições quanto a temperatura. A especificação irá depender das temperaturas de aplicação e o volume requerido para o processo. Concentrações de propileno glicol ou etanol podem ser utilizadas para que a operação seja segura em baixas temperaturas sem o risco de congelamento e consequente expansão, danificando a instalação. Fluidos secundários demandam uma instalação com controles e bombeamento adequado ao tipo de fluido, portanto, uma avaliação de inflamabilidade, contexto alimentício e perda de carga (COP) será fundamental na tomada de decisão.

A+CR: Quais os fluidos refrigerantes mais adequados, do ponto de vista ambiental, para instalações de expansão direta? Quais os fatores que determinam sua escolha?

Rodrigues: Se a análise tem por base o menor impacto ambiental para escolha de um fluido refrigerante para um sistema de expansão direta, devemos separar em dois os tipos de equipamentos possíveis de receberem estes fluidos: equipamentos do tipo incorporados (Self) – baixíssima carga de fluido (limitação atual de 150 g), o hidrocarboneto; equipamentos do tipo remoto, como expositores ou forçadores de câmaras frigoríficas = CO₂.

Teixeira: No tangente ao desenvolvimento de chillers, a Mayekawa do Brasil dá preferência à utilização de refrigerantes naturais, que contam com um baixo GWP, como:  amônia, dióxido de carbono, água, hidrocarbonetos e ar. A aplicação de refrigerantes naturais e soluções de engenharia térmica que usam menos energia tem por objetivo contribuir com o desenvolvimento sustentável; além disso, fluidos refrigerantes naturais têm muito mais recursos para aumentar drasticamente a eficiência energética de um equipamento em comparação com os utilitários convencionais, de acordo com as aplicações e faixas de temperatura. Lembrando que a escolha do fluido refrigerante precisa sempre levar em conta a legislação ambiental, diretrizes e normas de segurança local (região), além de que muitas empresas multinacionais estão determinando a escolha com base em acordos ambientais para a diminuição dos gases do efeito estufa na atmosfera e, também, em políticas internas.

Nascimento: A amônia, CO₂ e propano, devido ao GWP ser igual a zero.