Uso de Fluidos Naturais em Sistemas de Refrigeração e Ar-condicionados

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Uso de Fluidos Naturais em
Sistemas de Refrigeração e Ar-condicionado
Artigos Técnicos
s temas aqui abordados foram apresentados durante o Seminário “Uso de Refrigerantes Naturais
O
em Sistemas de Refrigeração e Ar-condicionado”, realizado em São Paulo, no período de 21 e 22 de
novembro de 2007.
Tanto o Seminário quanto esta publicação está inserida no Plano Nacional de Eliminação de CFCs, coordenado
pelo Ministério do Meio Ambiente e implementado pelo Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento
– PNUD e pela Agência Alemã de Cooperação Técnica – GTZ.
1111 Ministério do Meio Ambiente – MMA
Uso de Fluidos Naturais em Sistemas de Refrigeração e Ar-
condicionado – Publicação Técnica. 2008.
348 p.
1. Desenvolvimento urbano – Brasil. 2. Espaço metropolitano
– Brasil. 3. Políticas Públicas.
CDI
Sumário
1 Aplicações de co como fluido refrigerante no setor de refrigeração industrial
2
LEONILTON TOMAZ CLETO
Aplicações de amônia como fluido refrigerante no setor de ar condicionado e
17
refrigeração industrial
LEONILTON TOMAZ CLETO
35 co (R-744) em equipamentos de refrigeração comercial
2
CLáudIO MELO | ChrIsTIAN J. L. hErMEs
45 Novas soluções para fluidos secundários em refrigeração
FrANK ChAVIANO PruZAEsKY | EPIFANIO MAMANI TICONA | sErGIO LEAL BrAGA | JOsÉ ALBErTO r. PArIsE
63 Uso de fluidos refrigerantes hidrocarbonetos – Estado atual e tendências
rOBErTO dE AGuIAr PEIxOTO
79 Uso de hidrocarbonetos refrigerantes em aplicações residenciais
JOÃO M. d. PIMENTA
103 Aplicações do co no setor automotivo
2
ENIO PEdONE BANdArrA FILhO
115 Experiência da União Européia em Refrigerantes Naturais – Status e Tendências
BErNd KALTENBruNNEr
121 Instalações de frio alimentar em supermercados com a utilização de amônia
ALExANdrE PrEsOTTO Jr. | CArLOs GuILhErME süFFErT
129 Aplicações do co no setor de refrigeração comercial para supermercados
2
ALEssANdrO dA sILVA
155 Pesquisa e desenvolvimento para uso de refrigerantes naturais
P. hrNJAK

Prefácio
presente publicação reflete os resultados de um seminário pioneiro, que abriu uma discussão
A
técnica com os principais atores do Setor de Refrigeração e Ar Condicionado, sobre o uso dos
fluidos naturais como alternativa aos CFCs e HCFCs. Tal discussão é especialmente oportuna no momento
em que vivemos, onde o uso dos CFCs está em seus momentos finais e o abandono acelerado dos HCFCs é
uma realidade.
Em setembro de 2007, quando se comemorava os 20 anos de sucessos do Protocolo de Montreal, uma nova
decisão histórica foi tomada pelo conjunto de países signatários. Com o fim dos CFCs, previsto para 2010,
decidiu-se pelo início do processo de substituição dos HCFCs já em 2013, antecipando em dez anos o prazo
previsto pelo Protocolo de Montreal para o abandono destes gases. Além dos benefícios para a recomposição
da Camada de Ozônio, objeto do Protocolo, a medida traz também um enorme benefício para o regime
climático, dado o acentuado Potencial de Aquecimento Global (GWP) dos HCFCs.
Esta intenção está explícita na Decisão XIX/6, quando em seu Ponto 6 encoraja as Partes a “promover a
seleção de alternativas aos HCFCs que minimizem os impactos ambientais, em particular os impactos no
clima, bem, como considerem os aspectos de saúde, segurança e viabilidade econômica”. Também em seu
Ponto 11 orienta o Comitê Executivo, ao examinar o financiamento de projetos por parte dos países, a priorizar
“Substitutos e alternativas que minimizem os impactos no meio ambiente, incluindo ao clima, levando em
consideração o Potencial de Aquecimento Global, consumo de energia e outros fatores relevantes.”
O ganho para o regime climático, explicitado com tanta ênfase se justifica pela contribuição dada pelo
Protocolo de Montreal para a mitigação da emissão dos gases de efeito estufa. Ao longo de seus 20 anos, a
eliminação dos CFCs contribuiu significativamente para oque se evitasse a emissão de bilhões de toneladas de
CO2 equivalente e pode continuar a fazê-lo com uma relação custo-benefício das mais favoráveis. Somente no
Brasil, a antecipação do prazo de eliminação dos CFCs determinada pela Resolução 267/00 do Conama evitou o
consumo de 36,5 mil toneladas PDO de CFCs, o que equivale, quanto ao seu efeito para o aquecimento global,
a 360 milhões de toneladas de CO2. A título de comparação, o Proálcool, o mais bem sucedido programa de
combustíveis renováveis do mundo, evitou de 1975 a 2005 a emissão de 650 milhões de toneladas de CO2.
Antecipar os prazos de abandono dos HCFCs significará novos ganhos. Ainda no caso do Brasil, pode-se
estimar que a Decisão XIX/6 evitará, em relação ao cronograma anterior do Protocolo de Montreal, o consumo
de cerca de 750 mil toneladas de HCFCs. Ponderando-se consumo proporcional de cada uma das substâncias
e seu respectivo GWP, isso equivale a cerca de 1 bilhão de toneladas de CO2 equivalente.
Vale lembrar que a substituição dos HCFCs se dará com a introdução de outros gases. Caso o HCFC-22 venha
a ser substituído predominantemente pelo HFC-134a, uma das alternativas mais consolidadas no mercado,
grande parte deste ganho seria anulada, já que o GWP das duas substâncias são similares.
Vem daí a importância desta publicação, que aponta aspectos relevantes do uso dos chamados fluidos naturais,
que poderão ser adotados em substituição dos HCFCs preservando os ganhos ensejados pela Decisão XIX/6,
PLANO NACIONAL DE ELIMINAÇÃO DE CFCs
ou dos CFCs, por meio da substituição de equipamentos ou retrofit. A pouca discussão que predominou
até o momento sobre o tema colaborou para o surgimento de preocupações, por vezes infundadas, sobre
a segurança, eficácia ou economicidade dos fluidos naturais. São aspectos a serem tratados com a devida
seriedade e fundamentação. Nisso, a experiência internacional, a fundamentação científica e a experiência
prática, devem ser levadas em consideração e são abordadas nos diversos artigos desta publicação. Como
resultado do seminário, fica clara a tendência ao crescimento do uso dos fluidos naturais, alavancado por
medidas de incentivo adotadas em alguns países e pelos avanços produzidos por novas tecnologias já
disponíveis no mercado. Nos próximos anos, diversas empresas terão que tomar decisões quanto a novos
equipamentos a serem produzidos ou comprados. Estes equipamentos por vezes permanecem em atividade
por décadas e as opções a serem adotadas terão que levar em consideração as tendências para o futuro. O
debate sobre novas tecnologias e produtos será intenso nos próximos anos, mas a aposta que deve ser feita
é na adoção de gases que além de não afetar a Camada de Ozônio, tenham também um baixo potencial de
aquecimento global.
Compete ao Ministério do Meio Ambiente, como coordenador do Prozon, o Comitê Executivo Interministerial
para a Proteção da Camada de Ozônio, a formulação do Programa Nacional de Eliminação dos HCFCs - PNH
– que internalizará o novo cronograma no Brasil. Este será elaborado nos próximos meses, em consonância
com as decisões a serem adotadas pelas Partes do Protocolo. Apesar de não estar ainda formulado, pode-
se afirmar que parte da missão do PNH será criar as condições para que a adoção de opções por parte das
empresas propicie ganhos tecnológicos, competitividade e, cumprimento das obrigações internacionais do
Brasil perante o Protocolo, com os benefícios ambientais daí advindos. Para isso, a difusão de informações é
fundamental. Esperamos que esta publicação cumpra parte deste papel.
Finalmente, gostaríamos de agradecer ao Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento - PNUD, a
Agência de Cooperação Técnica-GTZ, Associação Nacional dos Profissionais de Refrigeração e Ar condicionado
– ANPRAC – e a Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e Aquecimento - ABRAVA,
pela parceria na organização do evento e à Universidade Mauá, que nos hospedou gentilmente durante estes
dias.
Ruy de Góes Leite de Barros
Diretor do Departamento de Mudanças climáticas
Secretaria de Mudanças climáticas e Qualidade Ambiental
Ministério do Meio Ambiente
Aplicações de co como fluido
2
refrigerante no setor de refrigeração
industrial
LEoNILToN ToMAZ cLETo
Yawatz Engenharia Ltda.
Rua Agostinho Teixeira de Lima, 215 – São Paulo – SP – 04826-230 – Brasil
1
RESUMO
Com o ressurgimento do CO (dióxido de carbono) como fluido refrigerante em sistemas de refrigeração, foram
2
desenvolvidas novas tecnologias e aplicações nos vários setores do mercado de refrigeração para tornar o seu
uso viável. Sendo um refrigerante natural, o CO se apresenta como alternativa promissora aos refrigerantes
2
sintéticos em várias aplicações de sistemas de refrigeração. O presente artigo explora as aplicações de CO
2
no setor de refrigeração industrial, que surge também como uma alternativa para a Amônia. A Amônia,
apesar de ser um outro refrigerante natural, possui um índice de toxicidade mais elevado e normalmente, em
aplicações de baixa temperatura, requer uma carga muito grande. Nos sistemas aqui apresentados, com a
introdução de ciclos em cascata, utilizando CO e Amônia, a redução de carga de Amônia pode chegar em até
2
97%, comparando com sistemas convencionais. Além da redução de carga de Amônia, são analisados outros
aspectos dos sistemas com CO que incluem a eficiência energética, a redução dos diâmetros das linhas,
2
alguns cuidados operacionais a as tendências da sua utilização no setor nos próximos anos.
PLANO NACIONAL DE ELIMINAÇÃO DE CFCs
1 Introdução
O CO (dióxido de carbono – R-744) foi um dos primeiros fluidos refrigerantes aplicados para
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sistemas de refrigeração e foi amplamente utilizado até os meados da década de 30 do século XX.
Com o surgimento dos fluidos CFCs e HCFCs, o CO foi perdendo mercado até ser praticamente
2
extinto no início dos anos 60. Com os problemas ambientais e o estabelecimento dos Protocolos
de Montreal e de Kyoto, o CO ressurge como uma alternativa promissora a ser utilizada em muitas
2
aplicações, nos vários setores de refrigeração.
No início dos anos 90, os livros antigos sobre tecnologia de refrigeração, com várias
aplicações utilizando CO, foram reabertos. Com o desenvolvimento tecnológico dos últimos anos,
2
novos conceitos surgiram propiciando assim o renascimento do CO como fluido refrigerante natural.
2
Um dos principais responsáveis pelo “reavivamento” do CO foi o Prof. Gustav Lorentzen (1915-
2
1995) do Instituto de Tecnologia da Noruega (NTH), em Trondheim, que propôs e desenvolveu com
sua equipe várias aplicações e sistemas utilizando CO como fluido refrigerante [1]. Já no final dos
2
anos 90, surgem nos mais variados setores da refrigeração, várias aplicações comerciais utilizando
2
CO como fluido refrigerante, seja em sistemas com ciclos sub-críticos, para baixas temperaturas
2
(abaixo de -30 ºC e até -55 ºC), em cascata com outro fluido refrigerante, seja em sistemas com
ciclos transcríticos para médias temperaturas (acima de -15 ºC), sistemas de ar condicionado
(principalmente no setor automotivo) e bombas de calor.
O setor de refrigeração industrial abrange os grandes sistemas e normalmente se refere às
aplicações na indústria alimentícia e na indústria de bebidas, onde o principal fluido refrigerante é
a Amônia (R-717). Aqui são ainda incluídas as aplicações nas indústrias químicas e petroquímicas,
que utilizam principalmente os fluidos halogenados (HFCs e, no Brasil, ainda o HCFC R-22), além
de Amônia e alguns hidrocarbonetos (R-1270, R-290 e misturas) e as aplicações de ar condicionado
industrial (principalmente nas indústrias farmacêuticas, têxtis e automotivas), que utilizam
principalmente os HFCs.
Apesar da Amônia e dos hidrocarbonetos serem parte do grupo de fluidos refrigerantes
naturais (assim chamados por serem encontrados nos ciclos naturais na terra), ambos possuem
algumas restrições que limitam o seu uso.
A Amônia, com suas excelentes características para o uso em sistemas de refrigeração,
sofre muitas restrições de sua aplicação por ser um refrigerante com maior índice de toxicidade
que a maioria dos HFCs. Em vários países, inclusive o Brasil, há legislações que requerem
uma série de cuidados desde o projeto até a operação de um sistema de refrigeração que,