O CO₂ vem se consolidando como uma solução tecnicamente madura, capaz de atender às exigências de eficiência energética, segurança operacional e redução do impacto ambiental

O túnel de congelamento é um equipamento projetado para promover a rápida remoção de calor dos produtos, reduzindo sua temperatura até níveis de congelamento em um curto intervalo de tempo. O processo ocorre pela circulação forçada de ar em alta velocidade através de evaporadores de baixa temperatura, criando uma intensa troca térmica entre o ar refrigerado e o produto.

Dependendo da aplicação, os túneis podem operar com temperaturas do ar entre -30°C e -45°C, ou até inferiores em alguns processos específicos. O congelamento rápido favorece a formação de cristais de gelo menores no interior do produto, preservando melhor sua estrutura celular, textura, aparência e qualidade após o descongelamento.

A principal vantagem dos túneis de congelamento é a elevada taxa de transferência de calor, que permite reduzir significativamente o tempo necessário para congelar os produtos.

Entre os principais benefícios destacam-se:

• Maior preservação da qualidade dos alimentos;
• Menor perda de umidade e redução da desidratação superficial;
• Melhor manutenção das características sensoriais, como textura, sabor e aparência;
• Aumento da produtividade industrial;
• Possibilidade de congelamento individual de produtos (IQF – Individual Quick Freezing);
• Maior padronização do processo produtivo.

Essas características tornam os túneis amplamente utilizados nas indústrias alimentícia, pesqueira, avícola, frigorífica e de produtos processados.

O R744 aplicado a túneis de congelamento

O R744 (CO₂) é uma alternativa extremamente interessante para aplicações de baixa temperatura, incluindo túneis de congelamento. Seu uso tem crescido globalmente devido às exigências regulatórias relacionadas à redução das emissões de gases de efeito estufa e à busca por refrigerantes naturais.

O CO₂ possui Potencial de Aquecimento Global (GWP) igual a 1 e Potencial de Destruição da Camada de Ozônio (ODP) igual a zero, características que o posicionam como uma solução sustentável para aplicações industriais de refrigeração.

Além dos benefícios ambientais, suas propriedades termodinâmicas favorecem aplicações de congelamento, especialmente quando utilizado em sistemas adequadamente projetados. Apesar de sua maior pressão de operação característica, sua alta densidade justifica seu comportamento e vantagens.

Em túneis de congelamento o R744 oferece diversas vantagens técnicas e ambientais:

Elevada capacidade volumétrica de refrigeração

O CO₂ apresenta alta densidade de vapor, permitindo maior capacidade frigorífica por unidade de deslocamento do compressor;

Excelente transferência de calor

As propriedades termofísicas do R744 proporcionam coeficientes de troca térmica elevados nos evaporadores, favorecendo sistemas mais compactos e eficientes;

Redução do diâmetro das tubulações

Devido à elevada densidade do fluido, a vazão volumétrica necessária é menor, possibilitando a utilização de linhas de menor diâmetro e redução da carga de refrigerante;

Baixo impacto ambiental

Por ser um refrigerante natural, o CO₂ atende às demandas de sustentabilidade e às tendências regulatórias globais;

Adequação para baixas temperaturas

O R744 apresenta excelente desempenho em aplicações de congelamento, principalmente em sistemas em cascata, bombeados ou de recirculação de líquido;

Alta confiabilidade operacional

Quando corretamente projetados, sistemas com CO₂ oferecem elevada robustez e estabilidade operacional para aplicações industriais severas.

Precauções necessárias

Embora apresente inúmeras vantagens, o CO₂ exige cuidados específicos devido às suas características físicas. Os principais aspectos incluem:

– Projeto adequado para elevadas pressões de operação;

– Seleção correta de válvulas, vasos de pressão, trocadores de calor e dispositivos de segurança;

– Capacitação das equipes de operação e manutenção;

– Utilização de procedimentos específicos para partida, parada e recolhimento de refrigerante;

– Instalação de sistemas de monitoramento de concentração de CO₂ em áreas confinadas;

– Atenção aos fenômenos de aprisionamento de líquido e aumento de pressão em trechos isolados da tubulação;

– Adequada gestão de óleo e retorno de lubrificante.

O cumprimento das normas aplicáveis e das recomendações dos fabricantes é fundamental para garantir segurança e confiabilidade.

Em relação ao tipo de sistema que mais se adequa ao R744, a escolha da arquitetura depende da capacidade frigorífica, da temperatura requerida e das condições operacionais da planta. Entre as configurações mais utilizadas destacam-se:

Sistema em cascata NH₃/CO₂: atualmente é uma das soluções mais difundidas para aplicações industriais de congelamento; o CO₂ atua no lado de baixa temperatura, enquanto a amônia permanece confinada à casa de máquinas, reduzindo riscos operacionais e proporcionando elevada eficiência energética;

Sistema de CO₂ bombeado: muito utilizado em grandes instalações industriais, permite excelente distribuição do refrigerante e alta eficiência em múltiplos evaporadores;

Sistema Transcrítico de CO₂: embora amplamente utilizado no varejo alimentar, também pode ser aplicado em determinados processos industriais, especialmente em regiões de clima mais ameno ou quando associado a tecnologias de recuperação de energia e compressão paralela.

Na maioria dos túneis industriais de congelamento de grande porte, os sistemas em cascata NH₃/CO₂ continuam sendo uma das soluções tecnicamente mais consolidadas.

Características de compressores e demais componentes

Os componentes devem ser desenvolvidos especificamente para operação com CO₂ e para as pressões características do refrigerante.

Compressores

• Projetados para operação com R744;
• Alta resistência mecânica;
• Compatibilidade com os lubrificantes recomendados para CO₂;
• Capacidade de operar em baixas temperaturas de evaporação;
• Desejável disponibilidade de peças de reposição e serviço autorizado regional;
• Sistemas eficientes de controle de capacidade.

Tubulações

• Materiais compatíveis com as pressões de projeto;
• Menores diâmetros em comparação a muitos refrigerantes sintéticos;
• Dimensionamento adequado para minimizar perdas de carga;
• Proteção contra sobrepressões em trechos bloqueados.

Válvulas e acessórios

• Certificados para as pressões de trabalho do CO₂;
• Dispositivos de alívio de pressão estrategicamente posicionados;
• Instrumentação específica para monitoramento das condições operacionais.

Trocadores de calor

• Projetados para elevadas pressões;
• Geometrias otimizadas para maximizar a transferência térmica;
• Alta eficiência em aplicações de baixa temperatura.

A utilização do CO₂ em túneis de congelamento faz parte de uma tendência global de descarbonização da refrigeração industrial. A combinação entre desempenho técnico, segurança operacional, quando adequadamente projetada, e reduzido impacto ambiental têm impulsionado sua adoção em frigoríficos, processadores de alimentos e centros de congelamento em diversos países.

O sucesso desses projetos depende de uma abordagem integrada envolvendo projeto, seleção adequada dos componentes, automação, treinamento das equipes e suporte técnico especializado. Quando esses fatores são considerados desde a concepção do sistema, o R744 pode oferecer uma solução altamente eficiente, sustentável e alinhada às demandas futuras da indústria de refrigeração.

A busca por maior eficiência energética, segurança operacional e sustentabilidade tem levado a indústria de refrigeração a avaliar diferentes arquiteturas para sistemas de congelamento. Entre as soluções mais utilizadas atualmente destacam-se os sistemas de amônia de expansão direta, os sistemas em cascata NH₃/CO₂ e os sistemas de CO₂ bombeado.

Comparação entre as principais tecnologias aplicadas a túneis de congelamento

Característica	NH₃ Expansão Direta	Cascata NH₃/CO₂	CO₂ Bombeado
Eficiência energética	Alta	Muito alta	Muito alta
Carga de amônia na planta	Elevada	Reduzida	Muito reduzida ou inexistente
Segurança operacional	Requer maior atenção devido à presença de NH₃ em áreas produtivas	Amônia confinada à casa de máquinas	Elevada, sem circulação de amônia
Impacto ambiental	Muito baixo	Muito baixo	Muito baixo
Complexidade do sistema	Média	Média/Alta	Alta
Aplicação em baixas temperaturas	Excelente	Excelente	Excelente
Investimento inicial	Menor	Intermediário	Maior
Sustentabilidade de longo prazo	Alta	Muito alta	Muito alta

Nos últimos anos, os sistemas em cascata NH₃/CO₂ têm se consolidado como uma das principais alternativas para túneis de congelamento industriais. Nessa configuração, a amônia permanece restrita à sala de máquinas, enquanto o CO₂ é distribuído para as áreas produtivas e para os evaporadores do túnel.

Essa arquitetura combina a elevada eficiência energética da amônia com as excelentes propriedades termodinâmicas do CO₂ em baixas temperaturas, proporcionando redução da carga de amônia, melhoria dos aspectos de segurança e elevado desempenho operacional.

Outra tendência observada no mercado é a utilização de sistemas de CO₂ bombeado em aplicações de grande porte. Devido à elevada capacidade de transferência de calor do refrigerante, esses sistemas podem proporcionar excelente uniformidade de distribuição entre evaporadores e elevada eficiência em processos de congelamento rápido.

Independentemente da arquitetura escolhida, a seleção adequada dos compressores, evaporadores, válvulas e sistemas de automação é determinante para garantir confiabilidade, eficiência energética e vida útil do sistema.

Concluindo, o avanço das tecnologias baseadas em refrigerantes naturais demonstra que sustentabilidade e desempenho já não são objetivos conflitantes. No segmento de túneis de congelamento, o CO₂ vem se consolidando como uma solução tecnicamente madura, capaz de atender às exigências de eficiência energética, segurança operacional e redução do impacto ambiental. A tendência é que sua participação continue crescendo à medida que a indústria alimentícia busca processos mais sustentáveis e alinhados às metas globais de descarbonização.

Marcos Euzébio, é engenheiro e gerente de engenharia de aplicação da Bitzer