A foto mostra uma casa de máquinas tradicional em supermercados. O equipamento à esquerda opera na condição de expansão indireta, com o HFC R-134a resfriando o glicol, que é enviado para os expositores e câmaras frigoríficas de resfriados. O equipamento à direita opera na condição de expansão direta com o HFC R-404A para o sistema de congelados

Os investimentos no varejo cresceram, nos últimos anos, a uma taxa média de 5% ao ano e a quantidade de gás utilizado caiu quase pela metade

Os sistemas de expansão direta, aquele onde um único fluido refrigerante circula no sistema, foram predominantes nos projetos de refrigeração comercial aplicados nos supermercados brasileiros no período entre 1970 e 2010. Esta também foi uma época em que os hipermercados se espalhavam pelo país, com áreas de vendas que chegavam a até 14.000 m².  Grandes alinhamentos de expositores frigoríficos estavam posicionados por toda a loja, exigindo uma retaguarda de câmaras compatível, o que resultava em grandes cargas térmicas para serem atendidas por compressores montados em centrais ou em paralelo. A principal consequência deste conceito de sistema no varejo foi a grande quantidade de fluido refrigerante em circulação. Estes extremos chegavam a exigir cargas de gás de até 2.000 kg em um único supermercado.

Independentemente do tamanho do supermercado, os sistemas de expansão direta sempre resultaram em uma quantidade de fluido refrigerante proporcional a quantidade de expositores e câmaras frigoríficas, e a distância deles até a casa de máquinas. Tamanha carga de gás em circulação demanda muitas tubulações de cobre e conexões, seja em seu trajeto, na casa de máquinas, expositores ou câmaras, aumentando as probabilidades de vazamentos; as reposições de gás em função de fugas se tornaram uma fobia permanente dos supermercadistas.

Alguns dados históricos mostram que inúmeros supermercados chegavam a ter um volume de reposição de gás equivalente a uma carga completa do sistema por ano, situação inaceitável pelos custos decorrentes e pelas consequências danosas ao meio ambiente.

O Protocolo de Montreal e a escalada dos preços do R-22, por volta do ano 2010, provocaram o início de uma quebra de paradigma na refrigeração comercial, que se consolidaria nos anos seguintes, pois ambos os fatores vinham de encontro a uma demanda antiga por reduzir os custos de reposição de gás na operação das lojas. Um conceito de projeto antigo e em operação em alguns poucos supermercados no Brasil foi o caminho encontrado para reduzir a quantidade de gás dos sistemas de refrigeração comercial e, assim, renascem os sistemas de expansão indireta, aquele onde dois fluidos refrigerantes fazem parte do sistema de refrigeração: um primário, que circula exclusivamente na casa de máquinas, e outro secundário, que circula da casa de máquinas para todos os expositores e câmaras frigoríficas.

Oficialmente, o recomeço da aplicação do fluido secundário ocorreu um pouco antes do ano 2010 em alguns projetos de uma grande rede de supermercados no país, muito em função da pressão da matriz por reduzir a quantidade de R-22 aplicado em suas lojas. Por alguns poucos anos ela se manteve hegemônica na aplicação desta solução, porém logo as vantagens foram sendo difundidas e o interesse de outros aumentando, até que o crescimento passou a ser exponencial, conforme pode ser observado no Gráfico 01, que mostra a quantidade de novos supermercados construídos no Brasil, ano a ano, com sistema de expansão indireta.

Gráfico 01

Tradicionalmente, os sistemas de refrigeração em supermercados são divididos em 2 grandes setores, resfriados (Média Temperatura) e congelados (Baixa Temperatura), sendo que ambos podem trabalhar na condição de expansão direta, indireta ou cada qual em uma condição distinta.

São dois os fluidos refrigerantes secundários comumente aplicados na refrigeração comercial, cada qual destinado a um regime de trabalho:

1. Propileno-glicol (Dowfrost) em sistemas de resfriados;
2. Acetato de potássio (Tyfoxit) em sistemas de congelados.

O acetato de potássio é um fluido com características próprias para aplicação em sistemas de baixa temperatura (Circulação a -24°C), com baixo índice de viscosidade, que torna seu bombeamento simples, porém, é um fluido corrosivo, principalmente quando em contato com partes metálicas de aço carbono. Tal característica fez com que os projetos com este fluido em sistemas de congelados não fossem tão bem recebidos quanto aqueles com o propileno-glicol em sistemas de resfriados, que não exige nenhum material especial para sua aplicação. Não menos importante, a falta de demanda limitou os estoques do acetato de potássio no Brasil, exigindo dos usuários a importação do produto para garantir um atendimento de emergência, situação contrária à do glicol, pois vários são os fabricantes no mercado nacional.

Historicamente, o setor de resfriados representa 70% da carga térmica total do sistema de refrigeração do supermercado, assim, os projetos com expansão indireta apenas neste regime já trouxeram grandes resultados para aqueles que buscavam reduzir a quantidade de gás em circulação, fazendo com que o acetato de potássio deixasse de ser utilizado em muito pouco tempo.

A popularização da aplicação da expansão indireta nos sistemas de resfriados em supermercados com a utilização do fluido secundário propileno-glicol, ou simplesmente glicol, ocorreu por diversos fatores:

1. Drástica redução da carga de fluido refrigerante primário (Gás) em função da limitação da circulação deste fluido unicamente dentro da casa de máquinas, entre os compressores, condensador e trocadores de calor para resfriamento do glicol. O glicol (Circulação a -3°C) é o responsável pelo resfriamento dos expositores e câmaras frigoríficas;
2. Eliminação do degelo individual por linha de refrigeração;
3. Eliminação da necessidade de aplicação de válvula solenoide em cada linha de refrigeração;
4. Eliminação do controlador eletrônico para controle de temperatura e degelo em cada linha de refrigeração;
5. Eliminação do uso da válvula de expansão em cada módulo de expositor ou em forçadores das câmaras de resfriados.

Como o glicol entra nas serpentinas dos expositores e forçadores de câmara a uma temperatura de -3°C, o acúmulo de gelo nas aletas é de baixa intensidade, e bastam 2 degelos por dia para a manutenção das aletas isentas de gelo. Os degelos passaram a ser simultâneos em expositores e câmaras, mantendo a circulação do glicol, mas com a parada de todos os compressores de resfriados.

Todos estes fatores tornaram este tipo de sistema de refrigeração extremamente simples, reduzindo, inclusive, os custos de manutenção, mas o motivo pelo qual o glicol foi reintroduzido na refrigeração comercial com grande sucesso pode ser visualizado no Gráfico 02, que mostra a significativa redução da quantidade de fluido refrigerante primário aplicado nos novos sistemas de refrigeração em supermercados no Brasil, antes HCFCs e, mais recentemente, os HFCs. Os investimentos no varejo cresceram a uma taxa média de 5% ao ano no período indicado e a quantidade de gás utilizada caiu quase pela metade.

Gráfico 02

O único ponto relevante a se destacar como desvantagem é a necessidade de acrescentar uma bomba responsável pela circulação do glicol por todo o sistema, acrescentando um consumidor de energia elétrica inexistente em um sistema de expansão direta. Parte deste acréscimo de consumo é compensado pela elevação da temperatura de evaporação nos trocadores de calor para resfriamento do glicol, que pode trabalhar com -7°C quando, tradicionalmente, utiliza-se -10°C para a expansão direta.

Rogério Marson Rodrigues é engenheiro mecânico e coordenador da gestão industrial da Eletrofrio