Sistemas com fluidos naturais

Equipamentos e tecnologias

Para o diretor de tecnologia da Embraco, “o projeto ideal difere em muito para cada refrigerante, desta forma soluções do tipo "drop-in" raramente resultam em sistemas otimizados em termos de eficiência. Neste aspecto, também é importante que o projeto contemple a otimização de maneira global, considerando a interação dinâmica entre os diversos componentes, para o que conhecimento, simulação e testes contribuem de maneira significativa. O correto entendimento das necessidades do cliente e dos requisitos da aplicação são essenciais para definição da lógica de controle, o que é fator determinante da eficiência operacional. Otimizar o sistema para um ponto fixo de operação é um critério de projeto comumente usado, mas que não necessariamente leva à melhor eficiência energética e operacional”, diz Klein.

Sistemas mais completos em termos de utilização de componentes serão os mais eficientes energeticamente (crédito: Bitzer).

Ele acrescenta que o entendimento da aplicação e da dinâmica do sistema são essenciais para a tal otimização global. Em termos de segurança, devido a características particulares de cada refrigerante, diferentes questões devem ser levadas em consideração, embora vazamento seja sempre uma questão crítica, devido à toxicidade da amônia, as altas pressões em sistemas de CO2 transcríticos, à flamabilidade do isobutano e do propano, as baixas cargas de refrigerante em sistemas domésticos com isobutano, etc.

 “Há outras questões mais específicas, como por exemplo, o controle da pressão do lado de alta em sistemas de CO2 transcríticos, dada a sensibilidade da eficiência a este fator, a garantia de retorno de óleo em sistemas com amônia, sendo este imiscível a boa parte dos lubrificantes, além obviamente do atendimento as normas”, explica Klein.

Compressor para propano (crédito: Bitzer)

De acordo com Eládio Pereira, gerente de desenvolvimento de negócios em automatic controls da Danfoss, hoje no Brasil já existem aplicações de GDM (Glass Door Merchandiser) com a utilização de isobutano e propano e CO2 em sistemas de supermercados.

“No setor de supermercados, temos algumas instalações utilizando também a tecnologia do CO_2. Ambas têm eficiência muito superior aos fluidos utilizados atualmente, mas ainda com pouca aceitação ou pouco conhecimento dos consumidores finais, neste caso das indústrias, estabelecimentos comerciais (padarias, etc.) e também dos supermercadistas. A tecnologia existe e pode ser utilizada, porém a questão do conhecimento técnico e dos custos ainda é uma barreira, que ao passar do tempo, vem se desenvolvendo a um ritmo acelerado”, informa Pereira.

Ele acrescenta que considerando os fabricantes de compressores, válvulas e dispositivos de refrigeração, a grande maioria possui um portfólio de produtos preparado para tais aplicações, além do investimento em pesquisa e desenvolvimento.

“No caso da Danfoss, temos toda a linha de componentes para estes fluidos e damos suporte a todos os projetos em todas as suas necessidades. Os sistemas mais completos em termos de utilização de componentes serão os mais eficientes energeticamente, pois estes componentes trarão um controle melhor do sistema, o que consequentemente, economiza energia. Hoje existem diversos recursos e tecnologias que também podem ser aplicados como compressores de velocidade variável, válvulas de expansão eletrônicas, trocadores de calor, etc. Porém, destacamos a questão da variação da velocidade e adaptação do sistema à real capacidade solicitada em determinado momento. Isso otimiza a eficiência energética e podemos citar aqui como principais o compressor de velocidade variável e as válvulas de expansão eletrônicas que proporcionam altos índices de eficiência energética aos sistemas de refrigeração em geral. Se pudermos aplicar estas tecnologias utilizando também os fluidos naturais, que por suas propriedades termodinâmicas já são mais eficientes, os resultados serão muito satisfatórios e atraentes aos clientes”, comenta Pereira.

Sobre as restrições da aplicação de fluidos naturais, Pereira diz que são principalmente as Legais e em termos de segurança.

“Hoje existe ainda o fator de investimento inicial que breca o desenvolvimento destas tecnologias. Para amônia, temos o problema de ser inflamável em altas concentrações e principalmente de ser um produto tóxico. Por isso, as instalações que utilizam amônia devem estar afastadas de áreas residenciais. No caso do isobutano e propano, as restrições vão ao fato destes fluidos serem inflamáveis e com risco de explosões nas devidas proporções. Isso também limita sua aplicação em determinadas áreas e normas devem ser seguidas a fim de evitar acidentes. Estes fluidos exigem produtos específicos que sejam a prova de explosão (ATEX) e garantam assim esta segurança exigida no manuseio destes fluidos. Para CO₂, os limitantes no momento seriam o investimento inicial e a questão de conhecimento técnico, pois hoje, no Brasil, diversos fabricantes estão capacitando técnicos para o manuseio de sistemas com CO₂, porém ainda não no nível que cubra o crescimento esperado. Portanto, os investimentos na capacitação devem ser foco principal para a utilização da tecnologia”, informa.

Compressor para CO2 (crédito: Bitzer)

Relativo aos equipamentos para operarem com CO2, Silva da Bitzer diz que a eficiência volumétrica dos compressores em um sistema com CO2 é muito mais elevada comparada aos sistemas tradicionais, resultando-se em compressores com volume deslocado relativamente menor, equipado com o motor de mesmo tamanho para a mesma capacidade. Tipicamente os diâmetros da tubulação de CO2 são relativamente menores comparados aos sistemas tradicionais. As espessuras de parede da tubulação, dos vasos de pressão e dos componentes do lado de alta são um pouco mais grossas do que o normal, visto que são necessárias estar em conformidade com as normas ASTM B280 e ABNT 16.069 ou normas similares para tubulações e vasos de alta pressão. Os componentes projetados para as operações com o R410A são normalmente apropriados para o uso em ciclos subcríticos com CO2, pois atendem a essas normas.

“Os sistemas com CO2 em cascata possuem diferentes configurações, algumas são preferidas por parte dos fabricantes, enquanto outras não são devido à complexidade de projeto e tipo de controle requerido. O sistema cascata com CO2 / R134a é um dos mais utilizados nos supermercados brasileiros e opera o CO2 como fluido refrigerante no estágio de baixa pressão (subcrítico) com expansão direta para atender os 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 condensadores cascata de CO2 e também nos expositores e câmaras de resfriados. No estágio de alta pressão é utilizado o R134a com carga de refrigerante muito reduzida, atuando somente no resfriamento do propileno glicol. Podemos citar como uma das principais vantagens desse sistema a economia de energia, redução da carga de refrigerante (CO2/R134a), redução do tamanho dos compressores nos congelados com CO2, redução dos diâmetros da tubulação dos congelados com CO2, baixo custo de manutenção e operação. Segundo o próprio fabricante que optou por esse sistema, a redução de consumo de energia elétrica versus os sistemas tradicionais (R22 e R404A) de mesma carga térmica pode ser superior a 20% em favor do CO2”, explica.